Cewka - Polski Serwis Naukowy

Ten artykuł dotyczy elementu elektrycznego. Zapoznaj się również z: inne znaczenia tego słowa.

Symbol cewki, jej oznaczenie oraz prąd i napięcie

Cewki

Cewka (zwojnica, solenoid, rzadziej induktor) – element elektroniczny bierny.

Cewka składa się z pewnej liczby zwojów przewodnika nawiniętych np. na powierzchni walca (cewka cylindryczna), na powierzchni pierścienia (cewka toroidalna) lub na płaszczyźnie (cewka spiralna lub płaska). Wewnątrz lub na zewnątrz zwojów może znajdować się rdzeń z materiału magnetycznego, diamagnetycznego lub ferromagnetycznego.

Indukcyjność wzajemna, oznaczana jako M, jest to miara sprzężenia magnetycznego pomiędzy dwoma obwodami elektrycznymi wytwarzającymi wzajemnie przenikające się pola magnetyczne .
Prąd stały (ang. direct current, DC) – w odróżnieniu od prądu zmiennego i przemiennego (ang. alternating current, AC) – prąd stały charakteryzuje się stałą wartością natężenia oraz kierunkiem przepływu.

Parametry

Dla prądu stałego cewka jest elementem rezystancyjnym o rezystancji przewodnika, z którego jest wykonana. Dla prądu o pulsacji różnej od zera wykazuje inną wartość oporu nazywaną reaktancją. Reaktancja jest tym większa, im większa jest indukcyjność i pulsacja prądu.

Strumień indukcji pola magnetycznego przepływającego przez cewkę opisuje wzór:

Samoindukcja (indukcja własna) jest zjawiskiem elektromagnetycznym, szczególnym przypadkiem zjawiska indukcji elektromagnetycznej. Samoindukcja występuje, gdy siła elektromotoryczna wytwarzana jest w tym samym obwodzie, w którym płynie prąd powodujący indukcję, powstająca siła elektromotoryczna przeciwstawia się zmianom natężenia prądu elektrycznego. Indukcyjność obwodu jest równa sile elektromotorycznej samoindukcji jaka powstaje w obwodzie przy zmianie natężenia o 1 A występująca w czasie 1 sekundy
Siła elektromotoryczna (SEM) – czynnik powodujący przepływ prądu w obwodzie elektrycznym równy energii elektrycznej uzyskanej przez jednostkowy ładunek przemieszczany w urządzeniu (źródle) prądu elektrycznego w przeciwnym kierunku do sił pola elektrycznego oddziałującego na ten ładunek.

$\Phi=Li \,$

Siłę elektromotoryczną indukowaną w cewce wyraża wzór: $\varepsilon =-\frac{d\Phi}{dt} = -\frac {dLi} {dt} = -(L \frac {di} {dt} + i\frac {dL} {dt})$

Przyjmując, że indukcyjność cewki nie zmienia się, co jest spełnione dla większości obwodów elektrycznych powyższy wzór upraszcza się do: $\varepsilon=-L\frac{di}{dt}$ .

gdzie: $\Phi$ – strumień indukcji magnetycznej, L – indukcyjność cewki, i – natężenie prądu elektrycznego płynącego przez cewkę, $\varepsilon$ – siła elektromotoryczna samoindukcji, t – czas.

Indukująca się w cewce siła elektromotoryczna (napięcie) zależy od jej indukcyjności oraz od zmiany w czasie płynącego przez nią prądu. W obwodach prądu zmiennego sinusoidalnego, w stanie ustalonym napięcie na cewce wyprzedza o 90° prąd płynący w cewce (napięcie i prąd są przesunięte w fazie o $\frac{\pi}{2}$ ).

Materiał magnetyczny jest to materiał wykazujący własności magnetyczne. Generalnie, wszystkie pierwiastki chemiczne i wszystkie ich związki chemiczne wykazują pewne własności magnetyczne (zobacz tabela pierwiastków na dole strony).
Prawo Lenza lub reguła Lenza, zwana również regułą przekory – reguła określająca kierunek indukowanego pola magnetycznego w zjawisku indukcji elektromagnetycznej. Została nazwana na cześć Heinricha Lenza, który sformułował ją w 1834 roku.

Indukcyjność cewki

Indukcyjność jest podstawowym parametrem elektrycznym opisującym cewkę. Jednostką indukcyjności jest 1 henr [H]. Prąd płynący w obwodzie wytwarza skojarzony z nim strumień magnetyczny. Indukcyjność definiujemy jako stosunek tego strumienia i prądu który go wytworzył: $L=k\frac{\Phi}{i}$

Współczynnik k zależy od geometrii układu, a więc między innymi od kształtu cewki, liczby zwojów, grubości użytego drutu. Indukcyjność cewki zależy również od własności magnetycznych rdzenia.

Cewka (induktor) Ruhmkorffa – urządzenie skonstruowane w 1850 roku przez Heinricha Daniela Ruhmkorffa, służące do otrzymywania wysokich napięć. Jest połączeniem transformatora o dużej liczbie zwojów w uzwojeniu wtórnym i iskrownika (takiego, jak stosowane w dzwonkach elektrycznych) przerywającego przepływ prądu w uzwojeniu pierwotnym.
Cewka Petersena - cewka indukcyjna z rdzeniem stalowym będąca dławikiem gaszącym. Stosowana do kompensacji pojemnościowego prądu zwarcia z ziemią w sieciach elektroenergetycznych z izolowanym punktem neutralnym.

Stała cewki

Dla prądu stałego odpowiednikiem indukcyjności jest stała cewki: $C = \frac{H}{I}$

gdzie: H – natężenie pola magnetycznego, I – natężenie prądu.

czytaj dalej: [2], [3]

w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)