Een solenoïde is een elektromagneet gevormd uit een draad die stroom voert. Elektromagneten hebben magnetische velden gemaakt van stromingen. De draad van een solenoïde wordt vaak gevormd tot een spiraalvormige spoel en een stuk metaal zoals ijzer wordt vaak binnenin ingebracht. Wanneer een solenoïde wordt gebogen in de vorm van een cirkel of ring, wordt deze een torus genoemd.

Kenmerken

Een torus heeft een magnetisch veld in zichzelf dat een reeks concentrische cirkels vormt. Buiten dit veld is het veld nul. De sterkte van dit magnetische veld hangt af van het aantal spiralen dat de torus op zijn lichaam heeft. Het veld is niet uniform, omdat het veld sterker is in de buurt van het binnenste deel van de ring dan dichter bij het buitenste gedeelte. Dit betekent dat als r de straal van de transformator is, het magnetische veld afneemt naarmate r groter wordt.

Fysica

Toroïden zijn waardevol omdat ze, net als alle solenoïden, inductoren zijn. Inductoren kunnen stromen in nabijgelegen spoelen induceren of veroorzaken. Ze werden in augustus 1831 uitgevonden door de Engelse natuurkundige Michael Faraday. Het was Faraday die ontdekte dat een veranderend magnetisch veld een spanning in een nabijgelegen draad kan opwekken, en dit wordt de wet van inductie van Faraday genoemd. Toroïden hebben ook wat bekend staat als zelfinductie, wat een soort weerstand is. De torus weerstaat of bestrijdt veranderingen in zijn eigen stroom, of hij nu groter of kleiner wordt. De sterkte van de zelfinductie hangt af van het aantal spoelen en wisselstroombron van de torus.

Ringkerntransformatoren

Transformatoren zijn gemaakt van een paar spoelen die rond een metalen kern zijn gewikkeld en die meestal een ferriet is . Ringkerntransformatoren zijn twee spoelen gewikkeld rond een metaal, zoals een ferriet- of siliciumstaal, dat de vorm van een doughnut heeft. De spoelen worden ofwel in verschillende gebieden gewikkeld of over elkaar geplaatst. Ze hebben de voorkeur voor RF- of radiofrequentietransformatoren, waar ze worden gebruikt om spanningen van stroombronnen te verhogen of te verlagen, en om verschillende onderdelen in een circuit te isoleren. HF-transformatoren worden ook gebruikt voor impedantie-aanpassing, wat betekent dat ze de ingangs- en uitgangsgedeelten van verschillende circuits verbinden.

Nadelen en voordelen

Toroïden hebben enkele nadelen ten opzichte van reguliere solenoïdes. Ze zijn moeilijker om te winden en ook om af te stemmen. Ze zijn echter efficiënter in het produceren van benodigde inductanties. Voor dezelfde inductantie als een gewone solenoïde, heeft een toroid minder omwentelingen nodig en kan kleiner worden gemaakt. Een ander voordeel is dat, aangezien het magnetische veld beperkt is tot de binnenkant, toroïden en toroïdale transformatoren in de buurt van andere elektronische componenten kunnen worden geplaatst zonder zorgen over ongewenste inductieve interacties.

Toepassingen

Toroïden worden gebruikt in telecommunicatie , medische apparaten, muziekinstrumenten, versterkers, ballasten en meer. Een tokamak is een kernfusie-apparaat dat een magnetisch veld gebruikt om het plasma te beperken. Een plasma is een gas dat vrije elektronen en ionen bevat en dat alleen verschijnt bij hoge temperaturen. De opsluiting van het plasma in een tokamak gebeurt met behulp van een torus.