Mis on toroidmähis?

Solenoid on voolu kandvast traadist moodustatud elektromagnet. Elektromagnetitel on vooludest loodud magnetväljad. Solenoidi traat moodustatakse sageli spiraalseks mähiseks ja selle sisse sisestatakse sageli metallitükk, näiteks raud. Kui solenoid on painutatud ringi või sõõrikujuliseks, nimetatakse seda toroidiks.

Toroidi sees on magnetväli, mis moodustab kontsentriliste ringide rea. Väljaspool seda on väli null. Selle magnetvälja tugevus sõltub toroidi kehal olevate mähiste arvust. Väli ei ole ühtlane, sest väli on rõnga siseosa lähedal tugevam kui välimine osa. See tähendab, et kui r on trafo raadius, väheneb magnetväli, kui r muutub suuremaks.

Toroidid on väärtuslikud, kuna nagu kõik solenoidid, on nad induktorid. Induktiivpoolid võivad indutseerida või põhjustada voolude tekkimist läheduses asuvates mähistes. Need leiutas augustis 1831 inglise füüsik Michael Faraday. See oli Faraday, kes avastas, et muutuv magnetväli võib põhjustada pinge lähedal asuvas juhtmes ja seda nimetatakse Faraday induktsiooniseaduseks. Toroididel on ka nn induktiivsus, mis on teatud tüüpi vastupanu. Toroid peab vastu või võitleb oma voolu muutustega, olgu selleks siis selle muutmine suuremaks või väiksemaks. Endainduktsiooni tugevus sõltub toroidi mähiste arvust ja vahelduvvoolu allikast.

Trafod on valmistatud solenoidide paarist, mis on ümbritsetud metallist südamiku ümber, mis on tavaliselt ferriit. Toroidaalsed trafod on kaks pooli, mis on mähitud metalli, näiteks ferriidi või räniterase ümber, mis on sõõrikujuline. Mähised pakitakse kas erinevatesse piirkondadesse või asetatakse üksteise peale. Neid eelistatakse raadiosagedus- või raadiosagedustrafode puhul, kus neid kasutatakse toiteallikatest pinge suurendamiseks või vähendamiseks ning ahela erinevate osade isoleerimiseks. RF-trafosid kasutatakse ka impedantsi sobitamiseks, mis tähendab, et need aitavad ühendada erinevate ahelate sisend- ja väljundosa.

Toroididel on tavaliste solenoididega võrreldes mõningaid puudusi. Neid on raskem kerida ja ka häälestada. Kuid nad suudavad vajalike induktiivsuste tekitamisel tõhusamalt töötada. Tavalise solenoidiga sama induktiivsuse jaoks vajab toroid vähem pöördeid ja selle saab muuta väiksemaks. Teine eelis on see, et kuna magnetväli piirdub siseküljega, siis toroidid ja toroidaalsed trafosid saab paigutada teiste elektrooniliste komponentide lähedusse, muretsemata soovimatu induktiivsuse pärast vastastikmõjud.

Toroide kasutatakse telekommunikatsioonis, meditsiiniseadmetes, muusikariistades, võimendites, liiteseadistes ja mujal. Tokamak on tuumasünteesiseade, mis kasutab plasma piiramiseks magnetvälja. Plasma on gaas, mis sisaldab vabu elektrone ja ioone ning ilmub ainult kõrgel temperatuuril. Plasma piiramine tokamakis toimub toroidi abil.