Čo je to toroidná cievka?

Solenoid je elektromagnet tvorený z drôtu, ktorý prenáša prúd. Elektromagnety majú magnetické polia vytvorené z prúdov. Drôt solenoidu je často formovaný do špirálovej cievky a dovnútra je často vložený kus kovu, napríklad železo. Keď je solenoid ohnutý do tvaru kruhu alebo šišky, nazýva sa to toroid.

Toroid má v sebe magnetické pole, ktoré vytvára sériu sústredných kruhov. Mimo neho je pole nulové. Sila tohto magnetického poľa závisí od počtu cievok, ktoré má toroid na svojom tele. Pole nie je rovnomerné, pretože pole je silnejšie v blízkosti vnútornej časti prstenca ako v blízkosti vonkajšej časti. To znamená, že ak r je polomer transformátora, magnetické pole klesá, keď sa r zväčšuje.

Toroidy sú cenné, pretože sú ako všetky solenoidy induktory. Induktory môžu indukovať alebo spôsobiť vytváranie prúdov v blízkych cievkach. Vynašiel ich v auguste 1831 anglický fyzik Michael Faraday. Bol to Faraday, ktorý zistil, že meniace sa magnetické pole môže vyvolať napätie v blízkom vodiči, čo sa nazýva Faradayov zákon indukcie. Toroidy majú tiež to, čo je známe ako samoindukčnosť, čo je druh odporu. Toroid odoláva zmenám vlastného prúdu alebo bojuje proti nim, či už sa jedná o zväčšenie alebo zmenšenie. Sila vlastnej indukčnosti závisí od počtu cievok toroidu a zdroja striedavého prúdu.

Transformátory sú vyrobené z dvojice solenoidov obalených okolo kovového jadra, ktorým je zvyčajne ferit. Toroidné transformátory sú dve cievky obalené okolo kovu, napríklad feritovej alebo kremíkovej ocele, ktorý má tvar koblihy. Cievky sú zabalené do rôznych oblastí alebo umiestnené nad sebou. Sú uprednostňované pre vysokofrekvenčné alebo vysokofrekvenčné transformátory, kde sa používajú na zvýšenie alebo zníženie napätia zo zdrojov energie a na izoláciu rôznych častí obvodu. RF transformátory sa tiež používajú na prispôsobenie impedancie, čo znamená, že pomáhajú pripájať vstupné a výstupné časti rôznych obvodov.

Toroidy majú oproti bežným solenoidom určité nevýhody. Ťažšie sa navíjajú a tiež ladia. Sú však efektívnejšie pri výrobe potrebných indukčností. Pre rovnakú indukčnosť ako bežný solenoid vyžaduje toroid menej závitov a dá sa zmenšiť. Ďalšou výhodou je, že pretože magnetické pole je obmedzené na vnútro, sú toroidy a toroidné transformátory môžu byť umiestnené v blízkosti iných elektronických súčiastok bez obáv z nežiaducej indukcie interakcie.

Toroidy sa používajú v telekomunikáciách, zdravotníckych prístrojoch, hudobných nástrojoch, zosilňovačoch, predradníkoch a ďalších. Tokamak je zariadenie na jadrovú fúziu, ktoré využíva magnetické pole na obmedzenie plazmy. Plazma je plyn, ktorý obsahuje voľné elektróny a ióny a objavuje sa iba pri vysokých teplotách. Uzatvorenie plazmy v tokamaku sa vykonáva pomocou toroidu.