31.4: Cewki indukcyjne

Dławik, zwany także dławikiem, to element obwodu stworzony w celu uzyskania określonej indukcyjności. Cewki indukcyjne należą do kluczowych elementów obwodów stosowanych w nowoczesnej elektronice, obok rezystorów i kondensatorów. Stanowią barierę chroniącą przed zmianami prądu w obwodzie. Cewka ma tendencję do tłumienia zmian prądu w obwodzie prądu przemiennego, które są szybsze niż pożądane. W obwodzie prądu stałego cewka pomaga w utrzymaniu stałego prądu pomimo zmian w przyłożonym emf.

Chociaż pole elektryczne związane z efektem indukcji magnetycznej nie jest zachowawcze, istnieje rzeczywista różnica potencjałów pomiędzy zaciskami cewki indukcyjnej, spowodowana konserwatywnymi siłami elektrostatycznymi.

Jednym z powszechnych zastosowań indukcyjności jest umożliwienie sygnalizacji świetlnej wykrywania, kiedy pojazdy czekają na skrzyżowaniu ulicy. Obwód elektryczny z cewką indukcyjną umieszcza się w jezdni pod miejscem postoju oczekującego samochodu. Nadwozie samochodu zwiększa indukcyjność, a obwód ulega zmianie, wysyłając sygnał do sygnalizacji świetlnej w celu zmiany kolorów. Podobnie wykrywacze metali używane do ochrony lotnisk wykorzystują tę samą technikę. Cewka lub cewka indukcyjna w ramie wykrywacza metali pełni funkcję nadajnika i odbiornika. Sygnał impulsowy z cewki nadajnika indukuje sygnał w odbiorniku. Każdy metalowy przedmiot na ścieżce wpływa na indukcyjność własną obwodu. Wykrywacze metali można regulować pod kątem czułości, a także wykrywać obecność metalu na osobie.

Induktory odgrywają również kluczową rolę w oprawach świetlówek. W takich oprawach gaz wypełniający rurkę jest zjonizowany i świeci pod wpływem prądu płynącego z przewodów do gazu. Im wyższy prąd, tym silniej zjonizowana plazma i niższy jej opór. Jeśli do plazmy zostanie podane wystarczająco wysokie napięcie, obwody zewnętrzne świetlówki mogą zostać uszkodzone. Aby temu zapobiec, cewka indukcyjna lub statecznik magnetyczny jest połączony szeregowo ze świetlówką, co zapobiega przekroczeniu wartości granicznej prądu.

Cewka indukcyjna to dwuzaciskowy element obwodu składający się ze zwojów drutu. Ze względu na prąd płynący w obwodzie, strumień magnetyczny przechodzi przez cewkę indukcyjną.

Gdy następuje zmiana prądu przepływającego przez cewkę indukcyjną, zgodnie z prawem Faradaya, generowane jest wsteczne emf. Pole to jest niekonserwatywnym polem elektrycznym indukowanym magnetycznie.

Ponieważ niekonserwatywne pole jest niezerowe tylko w obrębie cewki indukcyjnej, jego całka wokół całej pętli może zostać zastąpiona całką od jednego zacisku do drugiego.

W związku z tym wolne elektrony są gromadzone na jednym z zacisków cewki indukcyjnej w celu wytworzenia niezerowego konserwatywnego pola elektrycznego.

Całkowite pole elektryczne jest sumą tych dwóch pól elektrycznych. Jeśli cewka indukcyjna ma znikomą rezystancję, ładunek testowy nie odczuwa w środku żadnej siły. W związku z tym całkowite pole elektryczne w cewkach musi wynosić zero. Zatem niekonserwatywne pole elektryczne w tej całki może być zastąpione przez ujemne konserwatywne pole elektryczne.

Całka ta to różnica potencjałów między zaciskami cewki indukcyjnej, która jest określona przez ten wzór.