Wstęp.

Cewki
Wstęp.
Urządzenie elektryczne charakteryzujące się indukcyjnością własną i służące do
uzyskiwania silnych pól magnetycznych. Szybkość zmian prądu płynącego
przez cewkę indukcyjną zależy od panującego na niej napięcia. Zależność tą
można wyrazić wzorem:
Cewką nazywamy pewną liczbę zwojów przewodnika powstałych przez
nawinięcie drutu na materiał o odpowiednim kształcie. Podstawowym
parametrem elektrycznym cewki jest indukcyjność. Indukcyjność określa, jak
cewka przeciwstawia się zmianom prądu płynącego w cewce. Jednostką
indukcyjności jest 1 Henr, symbol H. Dla prądu stałego cewka stanowi zwarcie
(opór elektryczny wynosi 0), dla prądu zmiennego wykazuje pewien opór.
Cewka indukcyjna jest jednym z biernych elementów elektronicznych i
elektrotechnicznych, o parametrach odwrotnych w stosunku do kondensatora.
Cewka jest elementem inercyjnym, gromadzi energię w wytwarzanym polu
magnetycznym.
Cewka 1MH
Symbol graficzny cewki
Symbol cewki indukcyjnej przypomina spiralę i tak jest w rzeczywistości, gdyż
cewka jest spiralą z drutu nawiniętą na rdzeniu. Różnice między cewkami
dotyczą głównie rdzenia, na którym są nawinięte. Zastosowanie rdzenia ma za
zadanie zwielokrotnić indukcyjność cewki. Rdzenie są budowane z żelaza lub
ferrytu (jest to nieprzewodzący materiał magnetyczny) i mogą mieć przeróżne
kształty np.: toroidu, czyli pierścienia, prętu, "kubka" itd.
Różne rodzaje cewek:
a) pierścieniowa
b) prętowa
2.Parametry opisujące cewkę.
Podstawowym parametrem elektrycznym opisującym cewkę jest indukcyjność.
Jednostką indukcyjności jest jak już wcześniej wspomniałem 1 henr [H]. Prąd
płynący w obwodzie wytwarza skojarzony z nim strumień magnetyczny.
Indukcyjność definiujemy jako stosunek tego strumienia i prądu, który go
wytworzył:
Współczynnik skojarzenia k zależy w przypadku cewki od geometrii układu, a
więc między innymi od kształtu cewki, liczby zwojów, grubości użytego drutu.
Dla prądu stałego rezystancja cewki wynika tylko z rezystancji przewodnika, z
którego jest wykonana. Dla prądu o pewnej pulsacji różnej od zera, wykazuje
inną wartość oporu, nazywaną reaktancją. Reaktancja jest tym większa im
większa indukcyjność i pulsacja prądu. Reaktancja jest liczbą zespoloną.
Reaktancją cewki:
XL = jωL
Impedancja Z cewki przy danej częstotliwości jest wartością zespoloną
rezystancji i reaktancji
Ażeby było łatwiej zrozumieć cewką jako element obwodu elektrycznego,
możemy zastosować uproszczony schemat zastępczy:
gdzie:
L - indukcyjność,
RS - rezystancja szeregowa (rezystancja drutu + pozostałe straty w drucie
i rdzeniu),
CL - pojemność własna cewki Np. pojemność między warstwami
uzwojeń, zwana też pojemnością upłynnościową, pasożytniczą albo
rozproszoną.
Impedancją idealnej cewki jest równa jej reaktancji:
ZL = XL
Dobroć cewki:
gdzie:
•
•
•
•
L - indukcyjność cewki w henrach.
Rs - rezystancja szeregowa
j – jednostka urojona
ω – pulsacja prądu; ω = 2πf, f – częstotliwość prądu w hercach.
Dla prądu stałego odpowiednikiem indukcyjności jest stała cewki:
gdzie:
•
•
H –natężenie pola magnetycznego
I – natężenie prądu
Cewka korekcyjna
3.Zastosowanie cewki.
Cewki mają wiele zastosowań szczególnie w układach radiowych w różnych
filtrach i dławikach wielkiej częstotliwości, w obwodach rezonansowych,
generatorach czy też w układach kształtujących impulsy.
Filtr elektryczny
W połączeniu z kondensatorem tworzy, dla pewnej częstotliwości, obwód
rezonansowy jeden z fundamentalnych obwodów elektronicznych.
Układ rezonansu
Cewki zasilane prądem stałym, zwane elektromagnesami są wykorzystywane do
wytwarzania pola magnetycznego lub jego kompensacji, np. przy
rozmagnesowaniu i pomiarach pola magnetycznego.
Cewka Helmholtza
Cewki Helmholtza są używane głównie do kompensacji ziemskiego pola
magnetycznego. Cewka składa się z dwóch równoległych cewek, połączonych
szeregowo. W każdej z tych cewek prąd płynie w tym samym kierunku. Cewki
te znajdują się w odległości promienia. Taki układ pozwala uzyskać jednorodne
pole magnetyczne w stosunkowo dużej objętości.
Natężenie pola magnetycznego B w środku cewki o promieniu R wynosi:
gdzie:
n - liczba zwojów każdej cewki
I - prąd płynący w uzwojeniu
Cewka Ruhmkorffa
Cewka (induktor) Ruhmkorffa - transformator skonstruowany w 1850 roku
przez Heinricha Daniela Ruhmkorffa. Składa się z dwóch uzwojeń pierwotnego o niewielkiej liczbie zwojów oraz wtórnego o bardzo dużej ich
liczbie - umieszczonych na rdzeniu żelaznym. Obwód magnetyczny induktora
Ruhmkorffa jest otwarty, co różni go od typowych transformatorów.
Uzwojenie pierwotne jest zasilane ze źródła prądu stałego połączonego
szeregowo z przerywaczem, który przerywa obwód z częstotliwością do kilku
tysięcy Hz. Wytworzone w ten sposób zmiany natężenia prądu powodują
powstanie w rdzeniu zmiennego strumienia magnetycznego, który indukuje siłę
elektromotoryczną w uzwojeniu wtórnym.
Napięcia uzyskiwane w cewce indukcyjnej Ruhmkorffa sięgają 300 kV.
Wykonanie:
Kamil Siwek
Materiały źródłowe:
Elektrotechnika; Stanisław Bolkowski;
Pracownia Elektryczna; Marek Pilawski;