aktualności

Jak działają cewki indukcyjne

Autor: Marshall Brain

induktor

Jednym z dużych zastosowań cewek indukcyjnych jest połączenie ich z kondensatorami w celu stworzenia oscylatorów. HUNTSTOCK / GETTY OBRAZY

Cewka indukcyjna jest tak prosta, jak tylko może to być element elektroniczny — jest to po prostu cewka z drutu. Okazuje się jednak, że cewka z drutu może zdziałać bardzo ciekawe rzeczy ze względu na właściwości magnetyczne cewki.

W tym artykule dowiemy się wszystkiego o cewkach indukcyjnych i do czego służą.

Zawartość

Podstawy cewki indukcyjnej

Henryk

Zastosowanie cewki: czujniki sygnalizacji świetlnej

Podstawy cewki indukcyjnej

Na schemacie obwodu cewkę indukcyjną pokazano w następujący sposób:

Aby zrozumieć, jak cewka może pracować w obwodzie, pomocny będzie ten rysunek:

To, co tu widzisz, to bateria, żarówka, cewka z drutu wokół kawałka żelaza (żółty) i przełącznik. Cewka drutu jest cewką indukcyjną. Jeśli przeczytałeś Jak działają elektromagnesy, możesz rozpoznać, że cewka indukcyjna jest elektromagnesem.

Gdybyś miał wyjąć cewkę indukcyjną z tego obwodu, miałbyś zwykłą latarkę. Zamykasz wyłącznik i żarówka się zapala. W przypadku cewki indukcyjnej w obwodzie, jak pokazano, zachowanie jest zupełnie inne.

Żarówka jest rezystorem (opór wytwarza ciepło, które powoduje, że żarnik żarówki świeci — szczegółowe informacje można znaleźć w artykule Jak działają żarówki). Drut w cewce ma znacznie mniejszą rezystancję (to tylko drut), więc po włączeniu przełącznika można się spodziewać, że żarówka będzie świecić bardzo słabo. Większość prądu powinna płynąć przez pętlę ścieżką o niskim oporze. Zamiast tego dzieje się tak, że po zamknięciu włącznika żarówka pali się jasno, a następnie ciemnieje. Po otwarciu włącznika żarówka pali się bardzo jasno, po czym szybko gaśnie.

Przyczyną tego dziwnego zachowania jest cewka indukcyjna. Kiedy prąd zaczyna płynąć przez cewkę, cewka chce wytworzyć pole magnetyczne. Podczas narastania pola cewka hamuje przepływ prądu. Po zbudowaniu pola prąd może normalnie przepływać przez przewód. Kiedy przełącznik zostanie otwarty, pole magnetyczne wokół cewki utrzymuje prąd płynący w cewce, aż do zaniku pola. Prąd ten utrzymuje żarówkę zapaloną przez pewien czas, nawet jeśli przełącznik jest otwarty. Innymi słowy, cewka może magazynować energię w swoim polu magnetycznym, a cewka ma tendencję do przeciwstawiania się wszelkim zmianom w ilości przepływającego przez nią prądu.

Pomyśl o wodzie…

Jednym ze sposobów wizualizacji działania induktora jest wyobrażenie sobie wąskiego kanału, przez który przepływa woda, oraz ciężkiego koła wodnego, którego łopatki zanurzają się w kanale. Wyobraź sobie, że woda w kanale początkowo nie płynie.

Teraz spróbuj uruchomić przepływ wody. Koło łopatkowe będzie miało tendencję do zapobiegania przepływowi wody, dopóki nie osiągnie prędkości z wodą. Jeśli następnie spróbujesz zatrzymać przepływ wody w kanale, wirujące koło wodne będzie próbowało utrzymać wodę w ruchu, aż jego prędkość obrotowa spadnie z powrotem do prędkości wody. Cewka indukcyjna robi to samo z przepływem elektronów w przewodzie — cewka indukcyjna opiera się zmianom przepływu elektronów.

CZYTAJ WIĘCEJ

Henryk

Pojemność cewki indukcyjnej jest kontrolowana przez cztery czynniki:

Liczba cewek – Więcej cewek oznacza większą indukcyjność.

Materiał, wokół którego owinięte są cewki (rdzeń)

Pole przekroju cewki – Większa powierzchnia oznacza większą indukcyjność.

Długość cewki – Krótka cewka oznacza węższe (lub zachodzące na siebie) cewki, co oznacza większą indukcyjność.

Umieszczenie żelaza w rdzeniu cewki indukcyjnej daje mu znacznie większą indukcyjność niż powietrze lub jakikolwiek inny rdzeń niemagnetyczny.

Standardową jednostką indukcyjności jest henr. Równanie do obliczenia liczby henrów w cewce indukcyjnej jest następujące:

H = (4 * Pi * #Zwoje * #Zwoje * Powierzchnia cewki * mu) / (Długość cewki * 10 000 000)

Powierzchnia i długość cewki podawane są w metrach. Termin mu oznacza przepuszczalność rdzenia. Powietrze ma przepuszczalność 1, podczas gdy stal może mieć przepuszczalność 2000.

Zastosowanie cewki: czujniki sygnalizacji świetlnej

Załóżmy, że bierzesz cewkę drutu o średnicy około 6 stóp (2 metry), zawierającą pięć lub sześć pętli drutu. Wycinasz kilka rowków w drodze i umieszczasz cewkę w rowkach. Podłączasz miernik indukcyjności do cewki i sprawdzasz, jaka jest indukcyjność cewki.

Teraz parkujesz samochód nad cewką i ponownie sprawdzasz indukcyjność. Indukcyjność będzie znacznie większa ze względu na duży stalowy obiekt umieszczony w polu magnetycznym pętli. Samochód zaparkowany nad cewką zachowuje się jak rdzeń cewki, a jego obecność zmienia indukcyjność cewki. Większość czujników sygnalizacji świetlnej wykorzystuje pętlę w ten sposób. Czujnik stale sprawdza indukcyjność pętli na drodze, a gdy indukcyjność wzrasta, wie, że czeka samochód!

Zwykle używasz znacznie mniejszej cewki. Jednym z dużych zastosowań cewek indukcyjnych jest połączenie ich z kondensatorami w celu stworzenia oscylatorów. Aby uzyskać szczegółowe informacje, zobacz Jak działają oscylatory.