Što je toroidna zavojnica?

Solenoid je elektromagnet formiran od žice koja nosi struju. Elektromagneti imaju magnetska polja stvorena od struja. Žica solenoida često je oblikovana u spiralnu zavojnicu, a unutra je često umetnut komad metala poput željeza. Kada se solenoid savije u oblik kruga ili krafne, naziva se toroid.

Toroid u sebi ima magnetsko polje koje tvori niz koncentričnih krugova. Izvan nje polje je nula. Snaga ovog magnetskog polja ovisi o broju zavojnica koje toroid ima na svom tijelu. Polje nije jednolično, jer je polje jače u blizini unutarnjeg dijela prstena, nego što je bliže vanjskom dijelu. To znači da ako je r radijus transformatora, magnetsko polje opada kako r postaje veće.

Toroidi su vrijedni jer su, kao i svi solenoidi, induktori. Induktori mogu inducirati ili uzrokovati stvaranje struja u obližnjim zavojnicama. Izumio ih je u kolovozu 1831. engleski fizičar Michael Faraday. Faraday je otkrio da magnetsko polje koje mijenja može izazvati napon u obližnjoj žici, a to se naziva Faradayev zakon indukcije. Toroidi imaju i ono što je poznato kao samoinduktivnost, što je vrsta otpora. Toroid se opire ili bori protiv promjena u vlastitoj struji, bilo da ga želi povećati ili smanjiti. Snaga samoinduktivnosti ovisi o broju zavojnica i izvoru izmjenične struje.

Transformatori su izrađeni od para solenoida omotanih oko metalne jezgre koja je obično ferit. Toroidni transformatori su dvije zavojnice omotane oko metala, poput ferita ili silicijskog čelika, u obliku krafne. Zavojnice su ili umotane u različita područja ili postavljene jedna preko druge. Poželjni su za RF ili radiofrekvencijske transformatore, gdje se koriste za povećanje ili smanjenje napona iz izvora napajanja i za izoliranje različitih dijelova u krugu. RF transformatori također se koriste za podudaranje impedancije, što znači da pomažu u povezivanju ulaznih i izlaznih dijelova različitih krugova.

Toroidi imaju nekih nedostataka u odnosu na redovite solenoide. Teže ih je namotati i također podesiti. Međutim, oni su učinkovitiji u stvaranju potrebnih induktiviteta. Za istu induktivnost kao i obični solenoid, toroid zahtijeva manje okretaja i može se napraviti manjom veličinom. Sljedeća je prednost što, budući da je magnetsko polje ograničeno na unutrašnjost, toroidi i toroidi transformatori se mogu postaviti u blizini drugih elektroničkih komponenata bez brige o neželjenim induktivnim interakcije.

Toroidi se koriste u telekomunikacijama, medicinskim uređajima, glazbenim instrumentima, pojačalima, prigušnicama i još mnogo toga. Tokamak je nuklearni fuzijski uređaj koji koristi magnetsko polje za zadržavanje plazme. Plazma je plin koji sadrži slobodne elektrone i ione, a pojavljuje se samo na visokim temperaturama. Zatvaranje plazme u tokamaku vrši se uz upotrebu toroida.