Door KimLewis
Bijgewerkt op 24 maart 2022

Een solenoïde is een elektromagneet die wordt gemaakt door een geleidende draad in een spiraalvormige spoel te wikkelen die elektrische stroom voert. Het resulterende magnetische veld kan worden versterkt door een ferromagnetische kern zoals ijzer in te brengen. Wanneer de solenoïde wordt omgevormd tot een gesloten lus, wordt de structuur een ringkern genoemd:een donutvormige spoel die zijn veld naar binnen concentreert.

Veldkenmerken

Een torus beperkt zijn magnetische flux volledig binnen de kern. Het interne veld volgt concentrische cirkels, terwijl het externe veld feitelijk nul is, waardoor interferentie met nabijgelegen circuits wordt verminderd. De veldsterkte is evenredig met het aantal windingen en omgekeerd evenredig met de radiale afstand:de flux is sterker nabij de binnenradius en neemt af richting de buitenrand.

Onderliggende natuurkunde

Ringkernen dienen als inductoren en maken gebruik van de inductiewet van Faraday, ontdekt door Michael Faraday in 1831. Een veranderende stroom induceert een spanning in aangrenzende spoelen, en de zelfinductie van een ringkern weerstaat veranderingen in zijn eigen stroom. De grootte van deze zelfinductie hangt af van de spoelwindingen, het kernmateriaal en de toegepaste wisselstroombron.

Ronkerntransformatoren

Door twee of meer ringkernspoelen rond een gemeenschappelijke ferriet- of siliciumstalen kern te wikkelen, creëren fabrikanten ringkerntransformatoren. Deze apparaten blinken uit in RF-toepassingen, waarbij ze de spanning verhogen of verlagen, delen van een circuit isoleren en impedantiematching uitvoeren om componenten met verschillende impedanties te verbinden.

Voor- en nadelen

Hoewel het opwinden van een torus arbeidsintensiever kan zijn dan een rechte solenoïde, zijn de voordelen aanzienlijk:er zijn minder windingen nodig voor een bepaalde inductie, waardoor compacte, hoogefficiënte ontwerpen mogelijk zijn. Het ingesloten magnetische veld voorkomt ook inductieve koppeling, waardoor toroïden ideaal zijn voor dicht opeengepakte elektronische assemblages.

Toepassingen

Ringkernspoelen zijn alomtegenwoordig in de moderne technologie:van telecommunicatie en medische beeldvorming tot audioversterking en LED-voorschakelapparaten. Bij fusieonderzoek gebruiken tokamaks toroïdale magnetische velden om plasma op hoge temperatuur op te sluiten, waardoor gecontroleerde kernfusie-experimenten mogelijk worden.

Referenties

• "Essentiële universitaire natuurkunde", Richard Wolfson, 2007
• "Natuurkunde voor wetenschappers en ingenieurs", Paul Allen Tipler &Gene Mosca, 2003
• "Leer jezelf elektriciteit en elektronica", Stan Gibilisco, 2006
• Amgis:basisbeginselen van ringkerntransformatoren