zprávy

Jak fungují induktory

Autor: Marshall Brain

induktor

Jedním z velkých použití induktorů je jejich spojení s kondenzátory za účelem vytvoření oscilátorů. HUNTSTOCK / GETTY IMAGES

Induktor je asi tak jednoduchý, jak jen elektronická součástka může dostat – je to prostě cívka drátu. Ukazuje se však, že cívka drátu může dělat některé velmi zajímavé věci kvůli magnetickým vlastnostem cívky.

V tomto článku se dozvíme vše o induktorech a k čemu se používají.

Obsah

Základy induktoru

Henries

Použití induktoru: Senzory semaforu

Základy induktoru

Ve schématu zapojení je induktor zobrazen takto:

Abychom pochopili, jak může induktor fungovat v obvodu, je užitečný tento obrázek:

To, co zde vidíte, je baterie, žárovka, cívka drátu kolem kusu železa (žlutá) a vypínač. Cívka drátu je induktor. Pokud jste četli Jak fungují elektromagnety, možná poznáte, že induktor je elektromagnet.

Pokud byste měli vyjmout induktor z tohoto obvodu, měli byste normální baterku. Zavřete vypínač a žárovka se rozsvítí. S induktorem v obvodu, jak je znázorněno, je chování zcela odlišné.

Žárovka je rezistor (odpor vytváří teplo, aby se vlákno v žárovce rozsvítilo – podrobnosti viz Jak žárovky fungují). Drát v cívce má mnohem menší odpor (je to jen drát), takže to, co byste po zapnutí vypínače čekali, je, že žárovka bude svítit velmi slabě. Většina proudu by měla sledovat cestu s nízkým odporem přes smyčku. Místo toho se stane, že když zavřete spínač, žárovka jasně spálí a poté ztmavne. Když otevřete spínač, žárovka velmi jasně spálí a poté rychle zhasne.

Důvodem tohoto podivného chování je induktor. Když v cívce poprvé začne protékat proud, cívka chce vytvořit magnetické pole. Zatímco se pole buduje, cívka brání toku proudu. Jakmile je pole vybudováno, proud může normálně protékat drátem. Když se spínač otevře, magnetické pole kolem cívky udržuje proud v cívce, dokud pole nezkolabuje. Tento proud udržuje žárovku rozsvícenou po určitou dobu, i když je spínač otevřený. Jinými slovy, induktor může ukládat energii ve svém magnetickém poli a induktor má tendenci odolávat jakékoli změně množství proudu, který jím protéká.

Myslete na vodu…

Jedním ze způsobů, jak si představit působení induktoru, je představit si úzký kanál, kterým protéká voda, a těžké vodní kolo, jehož lopatky se noří do kanálu. Představte si, že voda v kanálu zpočátku neteče.

Nyní se pokuste spustit proudění vody. Lopatkové kolo bude mít tendenci bránit vodě v toku, dokud nedosáhne rychlosti s vodou. Pokud se pak pokusíte zastavit tok vody v kanálu, rotující vodní kolo se bude snažit udržet vodu v pohybu, dokud se rychlost její rotace nezpomalí zpět na rychlost vody. Induktor dělá totéž s tokem elektronů v drátu - induktor odolává změně toku elektronů.

ČTĚTE VÍCE

Henries

Kapacita induktoru je řízena čtyřmi faktory:

Počet cívek – Více cívek znamená větší indukčnost.

Materiál, kolem kterého jsou cívky obaleny (jádro)

Plocha průřezu cívky – větší plocha znamená větší indukčnost.

Délka cívky – Krátká cívka znamená užší (nebo překrývající se) cívky, což znamená větší indukčnost.

Vložení železa do jádra induktoru mu dává mnohem větší indukčnost než vzduch nebo jakékoli nemagnetické jádro.

Standardní jednotkou indukčnosti je henry. Rovnice pro výpočet počtu henry v induktoru je:

H = (4 * Pi * #Turns * #Turns * Plocha cívky * mu) / (délka cívky * 10 000 000)

Plocha a délka cívky jsou v metrech. Termín mu je propustnost jádra. Vzduch má propustnost 1, zatímco ocel může mít propustnost 2 000.

Použití induktoru: Senzory semaforu

Řekněme, že vezmete cívku drátu o průměru asi 6 stop (2 metry) obsahující pět nebo šest smyček drátu. Vyříznete několik drážek v silnici a umístíte cívku do drážek. K cívce připojíte měřič indukčnosti a uvidíte, jaká je indukčnost cívky.

Nyní zaparkujete auto nad cívkou a znovu zkontrolujete indukčnost. Indukčnost bude mnohem větší kvůli velkému ocelovému předmětu umístěnému v magnetickém poli smyčky. Auto zaparkované nad cívkou se chová jako jádro induktoru a jeho přítomnost mění indukčnost cívky. Většina senzorů semaforů využívá smyčku tímto způsobem. Senzor neustále testuje indukčnost smyčky na silnici, a když indukčnost stoupne, ví, že čeká auto!

Obvykle používáte mnohem menší cívku. Jedním z velkých použití induktorů je jejich spojení s kondenzátory za účelem vytvoření oscilátorů. Podrobnosti viz Jak fungují oscilátory.