Vad är en toroidspole?

En solenoid är en elektromagnet bildad av en tråd som bär ström. Elektromagneter har magnetfält skapade av strömmar. Tråden till en solenoid formas ofta till en spiralformad spiral och en metallbit som järn sätts ofta in i den. När en solenoid böjs i form av en cirkel eller munk kallas den en toroid.

En toroid har ett magnetfält inuti sig som bildar en serie koncentriska cirklar. Utanför är fältet noll. Styrkan hos detta magnetfält beror på antalet spolar toroiden har på kroppen. Fältet är inte enhetligt, eftersom fältet är starkare nära den inre delen av ringen än det är närmare den yttre delen. Detta innebär att om r är transformatorns radie minskar magnetfältet när r blir större.

Toroider är värdefulla eftersom de, som alla solenoider, är induktorer. Induktorer kan inducera eller orsaka strömmar i närliggande spolar. De uppfanns i augusti 1831 av den engelska fysikern Michael Faraday. Det var Faraday som upptäckte att ett föränderligt magnetfält kan inducera en spänning i en närliggande tråd, och detta kallas Faradays induktionslag. Toroider har också så kallad självinduktans, vilket är en typ av motstånd. Toroiden motstår eller bekämpar förändringar i sin egen ström, oavsett om den ska göra den större eller mindre. Självinduktans styrka beror på toroidens antal spolar och växelströmskälla.

Transformatorer är gjorda av ett par solenoider lindade runt en metallkärna som vanligtvis är en ferrit. Toroidformade transformatorer är två spolar lindade runt en metall, såsom en ferrit eller kiselstål, som är munkformad. Spolarna är antingen insvept i olika områden eller placeras över varandra. De föredras för RF- eller radiofrekvensomvandlare, där de används för att öka eller minska spänningar från strömkällor och för att isolera olika delar i en krets. RF-transformatorer används också för impedansmatchning, vilket innebär att de hjälper till att ansluta in- och utgångsdelar till olika kretsar.

Toroider har vissa nackdelar jämfört med vanliga solenoider. De är svårare att vinda och även att ställa in. De är dock mer effektiva för att producera nödvändiga induktanser. För samma induktans som en vanlig solenoid kräver en toroid färre varv och kan göras mindre i storlek. En annan fördel är att eftersom magnetfältet är begränsat till insidan, toroider och toroidformade transformatorer kan placeras nära andra elektroniska komponenter utan oro för oönskad induktiv interaktioner.

Toroider används i telekommunikation, medicintekniska produkter, musikinstrument, förstärkare, förkopplingsdon och mer. En tokamak är en kärnfusionsanordning som använder ett magnetfält för att begränsa plasma. En plasma är en gas som innehåller fria elektroner och joner och uppträder endast vid höga temperaturer. Inneslutningen av plasma i en tokamak görs med hjälp av en toroid.