En solenoid är en elektromagnet bildad av en tråd som bär ström. Elektromagneter har magnetfält skapade från strömmar. En solenoids tråd formas ofta till en spiralformad spole, och en del metall, såsom järn, sätts ofta inuti. När en solenoid är böjd i form av en cirkel eller munk, kallas den en toroid.

Egenskaper

En toroid har ett magnetfält inuti sig som bildar en serie koncentriska cirklar. Utanför det är fältet noll. Styrkan i detta magnetfält beror på hur många spolar toroiden har på sin kropp. Fältet är inte enhetligt, eftersom fältet är starkare nära den inre delen av ringen än det är närmare ytterdelen. Det betyder att om r är transformatorns radie minskar magnetfältet när r blir större.

Fysik

Toroider är värdefulla eftersom de, som alla solenoider, är induktorer. Induktorer kan inducera eller orsaka strömmar att skapas i närliggande spolar. De uppfanns i augusti 1831 av engelsk fysiker Michael Faraday. Det var Faraday som upptäckte att ett föränderligt magnetfält kan inducera en spänning i en närliggande tråd, och detta kallas Faraday's Induction Law. Toroider har också det som kallas självinduktans, vilket är en typ av motstånd. Toroiden motstår eller bekämpar förändringar i sin egen ström, oavsett om det är att göra det större eller mindre. Styrkan hos självinduktansen beror på toroidens antal spolar och AC-källa.

Toroidformiga transformatorer

Transformatorer är gjorda av ett par solenoider som är vikta runt en metallkärna som vanligtvis är en ferrit . Toroidala transformatorer är två spolar vikta runt en metall, såsom ett ferrit eller kiselstål, som är donutformat. Spolarna viks antingen in i olika områden eller placeras över varandra. De föredras för RF- eller radiofrekvenstransformatorer, där de används för att öka eller minska spänningar från strömkällor och att isolera olika delar i en krets. RF-transformatorer används också för impedansmatchning, vilket innebär att de hjälper till att ansluta ingångs- och utgångsdelen av olika kretsar.

Nackdelar och fördelar

Toroider har vissa nackdelar med vanliga solenoider. De är svårare att vinda och också stämma. De är emellertid effektivare vid framställning av nödvändiga induktanser. För samma induktans som en vanlig magnet, kräver en toroid färre varv och kan göras mindre i storlek. En annan fördel är att eftersom magnetfältet är begränsat till insidan, kan toroider och toroidformiga transformatorer placeras nära andra elektroniska komponenter utan att oroa sig för oönskade induktiva interaktioner.

Användningar

Toroider används i telekommunikation , medicintekniska apparater, musikinstrument, förstärkare, ballaster och mer. En tokamak är en kärnfusionsanordning som använder ett magnetfält för att begränsa plasma. En plasma är en gas som innehåller fria elektroner och joner, och visas bara vid höga temperaturer. Plasmakoncentrationen i en tokamak görs med användning av en toroid.