Що таке тороїдна котушка?

Соленоїд являє собою електромагніт, утворений з дроту, що несе струм. Електромагніти мають магнітні поля, створені із струмів. Дріт соленоїда часто формується у гвинтову котушку, а всередину часто вставляється шматок металу, такий як залізо. Коли соленоїд згинається у формі кола або пампушки, його називають тороїдом.

Тороїд має в собі магнітне поле, яке утворює ряд концентричних кіл. Поза ним поле дорівнює нулю. Сила цього магнітного поля залежить від кількості котушок, які тороїд має на своєму тілі. Поле неоднорідне, оскільки поле сильніше біля внутрішньої частини кільця, ніж ближче до зовнішньої. Це означає, що якщо r - радіус трансформатора, магнітне поле зменшується із збільшенням r.

Тороїди цінні тим, що, як і всі соленоїди, вони є індукторами. Індуктори можуть індукувати або спричиняти створення струмів у сусідніх котушках. Вони були винайдені в серпні 1831 року англійським фізиком Майклом Фарадеєм. Саме Фарадей виявив, що мінливе магнітне поле може викликати напругу в сусідньому проводі, і це називається Законом Індукції Фарадея. Тороїди також мають те, що відоме як самоіндукція, яка є одним із видів опору. Тороїд чинить опір або бореться зі змінами власного струму, незалежно від того, збільшувати його чи зменшувати. Сила самоіндукції залежить від кількості котушок тороїда та джерела змінного струму.

Трансформатори виготовляються з пари соленоїдів, обмотаних навколо металевого сердечника, який зазвичай є феритом. Тороїдальні трансформатори - це дві котушки, обмотані навколо металу, наприклад фериту або кремнієвої сталі, що має форму пончика. Котушки або обмотуються різними ділянками, або розміщуються одна над іншою. Вони є кращими для ВЧ або радіочастотних трансформаторів, де вони використовуються для збільшення або зменшення напруги від джерел живлення та для ізоляції різних частин в ланцюзі. РЧ-трансформатори також використовуються для узгодження імпедансу, що означає, що вони допомагають з'єднувати вхідні та вихідні частини різних ланцюгів.

Тороїди мають деякі недоліки в порівнянні зі звичайними соленоїдами. Їх важче накручувати, а також налаштовувати. Однак вони ефективніше виробляють необхідні індуктивності. Для тієї ж індуктивності, що і звичайний соленоїд, тороїд вимагає меншої кількості обертів, і його можна зробити меншим за розміром. Ще однією перевагою є те, що оскільки магнітне поле обмежене всередині, тороїди та тороїди трансформатори можна розміщувати поблизу інших електронних компонентів, не турбуючись про небажану індуктивність взаємодії.

Тороїди використовуються в телекомунікаціях, медичних пристроях, музичних інструментах, підсилювачах, баластах тощо. Токамак - це ядерний синтез, який використовує магнітне поле для обмеження плазми. Плазма - це газ, який містить вільні електрони та іони і з’являється лише при високих температурах. Утримування плазми в токамаку здійснюється за допомогою тороїда.