Co je to toroidní cívka?

Solenoid je elektromagnet vytvořený z drátu, který nese proud. Elektromagnety mají magnetické pole vytvořené z proudů. Drát solenoidu je často formován do spirálové cívky a uvnitř je často vložen kus kovu, jako je železo. Když je solenoid ohnut do tvaru kruhu nebo koblihy, nazývá se to toroid.

Toroid má uvnitř sebe magnetické pole, které tvoří řadu soustředných kruhů. Mimo něj je pole nulové. Síla tohoto magnetického pole závisí na počtu cívek, které má toroid na svém těle. Pole není jednotné, protože pole je silnější poblíž vnitřní části prstence, než je blíže vnější části. To znamená, že pokud r je poloměr transformátoru, magnetické pole klesá, jak se r zvětšuje.

Toroidy jsou cenné, protože stejně jako všechny solenoidy jsou induktory. Induktory mohou indukovat nebo způsobit vytváření proudů v blízkých cívkách. Byly vynalezeny v srpnu 1831 anglickým fyzikem Michaelem Faradayem. Byl to Faraday, kdo objevil, že měnící se magnetické pole může vyvolat napětí v blízkém drátu, a to se nazývá Faradayův zákon indukce. Toroidy mají také takzvanou vlastní indukčnost, což je druh odporu. Toroid odolává změnám vlastního proudu nebo bojuje proti nim, ať už se jedná o zvětšení nebo zmenšení. Síla vlastní indukčnosti závisí na počtu cívek toroidu a zdroji střídavého proudu.

Transformátory jsou vyrobeny z dvojice solenoidů omotaných kolem kovového jádra, kterým je obvykle ferit. Toroidní transformátory jsou dvě cívky obalené kolem kovu, například feritové nebo křemíkové oceli, který má tvar koblihy. Cívky jsou buď zabaleny do různých oblastí, nebo umístěny jeden přes druhý. Jsou upřednostňovány pro vysokofrekvenční nebo vysokofrekvenční transformátory, kde se používají ke zvýšení nebo snížení napětí ze zdrojů energie ak izolaci různých částí obvodu. RF transformátory se také používají pro přizpůsobení impedance, což znamená, že pomáhají spojovat vstupní a výstupní části různých obvodů.

Toroidy mají oproti běžným solenoidům určité nevýhody. Je těžší je navinout a také vyladit. Jsou však účinnější při vytváření potřebných indukčností. Pro stejnou indukčnost jako běžný solenoid vyžaduje toroid méně závitů a lze jej zmenšit. Další výhodou je, že protože magnetické pole je omezeno na vnitřní část, toroidy a toroidní transformátory lze umístit do blízkosti jiných elektronických součástek bez obav z nechtěné indukce interakce.

Toroidy se používají v telekomunikacích, zdravotnických zařízeních, hudebních nástrojích, zesilovačích, předřadnících a dalších. Tokamak je zařízení pro jadernou fúzi, které k zadržení plazmy využívá magnetické pole. Plazma je plyn, který obsahuje volné elektrony a ionty a objevuje se pouze při vysokých teplotách. Zadržení plazmy v tokamaku se provádí pomocí toroidu.