Av Kim Lewis
Uppdaterad 24 mars 2022
En solenoid är en elektromagnet som görs genom att linda en ledande tråd till en spiralformad spole som bär elektrisk ström. Det resulterande magnetfältet kan intensifieras genom att föra in en ferromagnetisk kärna såsom järn. När solenoiden omformas till en sluten slinga kallas strukturen en toroid – en munkformad spole som koncentrerar sitt fält inuti.
En toroid begränsar sitt magnetiska flöde helt inom kärnan. Det inre fältet följer koncentriska cirklar, medan det externa fältet i praktiken är noll, vilket minskar interferens med närliggande kretsar. Fältstyrkan är proportionell mot antalet varv och omvänt relaterad till det radiella avståndet:flödet är starkare nära den inre radien och minskar mot den yttre kanten.
Toroider fungerar som induktorer och utnyttjar Faradays lag om induktion som upptäcktes av Michael Faraday 1831. En föränderlig ström inducerar en spänning i intilliggande spolar, och en toroids självinduktans motstår förändringar i sin egen ström. Storleken på denna självinduktans beror på spolvarven, kärnmaterialet och applicerad AC-källa.
Genom att linda två eller flera toroidformade spolar runt en gemensam ferrit- eller kiselstålkärna, skapar tillverkare ringformade transformatorer. Dessa enheter utmärker sig i RF-tillämpningar, där de höjer eller sänker spänningen, isolerar delar av en krets och utför impedansmatchning för att ansluta komponenter med olika impedanser.
Även om lindning av en toroid kan vara mer arbetskrävande än en rak solenoid, är fördelarna betydande:färre varv krävs för en given induktans, vilket möjliggör kompakta, högeffektiva konstruktioner. Det inneslutna magnetfältet förhindrar också ströinduktiv koppling, vilket gör toroider idealiska för tätt packade elektroniska enheter.
Toroidspolar finns överallt i modern teknik:från telekommunikation och medicinsk bildbehandling till ljudförstärkning och LED-förkopplingsdon. Inom fusionsforskning använder tokamaks toroidala magnetfält för att begränsa högtemperaturplasma, vilket möjliggör kontrollerade kärnfusionsexperiment.
