Hva er en toroidspole?

En solenoid er en elektromagnet dannet av en ledning som bærer strøm. Elektromagneter har magnetfelt opprettet fra strømmer. Ledningen til en solenoid formes ofte til en spiralformet spiral, og et metallstykke som jern settes ofte inn. Når en solenoid er bøyd i form av en sirkel eller en doughnut, kalles den en toroid.

En toroid har et magnetfelt i seg selv som danner en serie konsentriske sirkler. Utenfor det er feltet null. Styrken til dette magnetfeltet avhenger av antall spoler toroiden har på kroppen. Feltet er ikke jevnt, fordi feltet er sterkere nær den indre delen av ringen enn det er nærmere den ytre delen. Dette betyr at hvis r er radiusen til transformatoren, reduseres magnetfeltet når r blir større.

Toroider er verdifulle fordi de, som alle solenoider, er induktorer. Induktorer kan indusere eller føre til at det oppstår strøm i nærliggende spoler. De ble oppfunnet i august 1831 av den engelske fysikeren Michael Faraday. Det var Faraday som oppdaget at et skiftende magnetfelt kan indusere en spenning i en nærliggende ledning, og dette kalles Faradays lov om induksjon. Toroider har også det som er kjent som selvinduktans, som er en type motstand. Toroiden motstår eller bekjemper endringer i sin egen strøm, enten den skal gjøre den større eller mindre. Styrken på selvinduktansen avhenger av toroidens antall spoler og vekselstrømskilde.

Transformatorer er laget av et par solenoider pakket rundt en metallkjerne som vanligvis er en ferrit. Toroidale transformatorer er to spoler viklet rundt et metall, for eksempel en ferritt eller silisiumstål, som er doughnutformet. Spolene er enten pakket inn i forskjellige områder eller plassert hverandre. De foretrekkes for RF- eller radiofrekvenstransformatorer, der de brukes til å øke eller redusere spenninger fra strømkilder, og til å isolere forskjellige deler i en krets. RF-transformatorer brukes også til impedanstilpasning, noe som betyr at de hjelper til med å koble inngangs- og utgangsdeler til forskjellige kretser.

Toroider har noen ulemper i forhold til vanlige solenoider. De er vanskeligere å vinde og også å stille inn. Imidlertid er de mer effektive til å produsere nødvendige induktanser. For den samme induktansen som en vanlig solenoid, krever en toroid færre svinger, og kan gjøres mindre i størrelse. En annen fordel er at siden magnetfeltet er begrenset til innsiden, toroids og toroidal transformatorer kan plasseres i nærheten av andre elektroniske komponenter uten bekymring for uønsket induktiv interaksjoner.

Toroider brukes i telekommunikasjon, medisinsk utstyr, musikkinstrumenter, forsterkere, forkoblinger og mer. En tokamak er en kjernefusjonsenhet som bruker et magnetfelt for å begrense plasma. Et plasma er en gass som inneholder frie elektroner og ioner, og vises bare ved høye temperaturer. Inneslutningen av plasmaet i en tokamak gjøres ved bruk av en toroid.