Kas ir toroīdu spole?

Solenoīds ir elektromagnēts, kas izveidots no stieples, kas ved strāvu. Elektromagnētiem ir magnētiskie lauki, kas izveidoti no strāvām. Solenoīda vads bieži tiek veidots spirālveida spolē, un iekšpusē bieži tiek ievietots tāds metāla gabals kā dzelzs. Kad solenoīds ir saliekts apļa vai virtuļa formā, to sauc par toroīdu.

Toroīda iekšpusē ir magnētiskais lauks, kas veido virkni koncentrisku apļu. Ārpus tā lauks ir nulle. Šī magnētiskā lauka stiprums ir atkarīgs no tinumu skaita, kas toroīdam ir uz ķermeņa. Lauks nav vienmērīgs, jo lauks ir stiprāks netālu no gredzena iekšējās daļas nekā tuvāk ārējai daļai. Tas nozīmē, ka, ja r ir transformatora rādiuss, magnētiskais lauks samazinās, kad r kļūst lielāks.

Toroīdi ir vērtīgi, jo, tāpat kā visi solenoīdi, tie ir induktori. Induktori var izraisīt vai izraisīt strāvu veidošanos blakus esošajās spolēs. Tos 1831. gada augustā izgudroja angļu fiziķis Maikls Faradejs. Tieši Faradejs atklāja, ka mainīgais magnētiskais lauks var izraisīt spriegumu blakus esošajā vadā, un to sauc par Faradejas Indukcijas likumu. Toroīdiem ir arī tā saucamā pašinduktivitāte, kas ir pretestības veids. Toroīds pretojas vai cīnās ar izmaiņām savā straumē neatkarīgi no tā, vai tas ir jāpadara lielāks vai mazāks. Pašinduktivitātes stiprums ir atkarīgs no toroīda spoles skaita un maiņstrāvas avota.

Transformatori ir izgatavoti no solenoīdu pāra, kas aptīts ap metāla serdi, kas parasti ir ferīts. Toroidālie transformatori ir divas spoles, kas ietītas ap metālu, piemēram, ferīta vai silīcija tēraudu, kas ir virtuļa formas. Spoles ir vai nu ietītas dažādās vietās, vai arī novietotas viena virs otras. Tie ir priekšroka RF vai radiofrekvenču transformatoriem, kur tos izmanto, lai palielinātu vai samazinātu spriegumu no strāvas avotiem un izolētu dažādas ķēdes daļas. RF transformatori tiek izmantoti arī pretestības pielāgošanai, kas nozīmē, ka tie palīdz savienot dažādu ķēžu ieejas un izejas daļas.

Toroīdiem ir daži trūkumi salīdzinājumā ar parastajiem solenoīdiem. Viņus ir grūtāk uztīt un arī noskaņot. Tomēr tie efektīvāk ražo nepieciešamo induktivitāti. Lai iegūtu tādu pašu induktivitāti kā parastajam solenoīdam, toroidam ir nepieciešams mazāk pagriezienu, un to var padarīt mazāku. Vēl viena priekšrocība ir tā, ka, tā kā magnētiskais lauks ir ierobežots iekšpusē, toroīdi un toroidāli transformatorus var novietot citu elektronisko komponentu tuvumā, neraizējoties par nevēlamu induktīvo mijiedarbība.

Toroīdus izmanto telekomunikācijās, medicīnas ierīcēs, mūzikas instrumentos, pastiprinātājos, balastos un citur. Tokamaks ir kodolsintēzes ierīce, kas izmanto magnētisko lauku, lai ierobežotu plazmu. Plazma ir gāze, kas satur brīvus elektronus un jonus un parādās tikai augstā temperatūrā. Plazmas ierobežošana tokamakā tiek veikta, izmantojot toroīdu.