Wie Induktoren funktionieren
Von: Marshall Brain
Induktor
Eine große Verwendungsmöglichkeit von Induktivitäten besteht darin, sie mit Kondensatoren zu Oszillatoren zu kombinieren. HUNTSTOCK / GETTY IMAGES
Ein Induktor ist so einfach wie ein elektronisches Bauteil nur sein kann – er ist einfach eine Drahtspule. Es stellt sich jedoch heraus, dass eine Drahtspule aufgrund der magnetischen Eigenschaften einer Spule einige sehr interessante Dinge bewirken kann.
In diesem Artikel erfahren wir alles über Induktoren und wofür sie verwendet werden.
Inhalt
Grundlagen zu Induktoren
Henries
Induktoranwendung: Ampelsensoren
Grundlagen zu Induktoren
In einem Schaltplan wird eine Induktivität wie folgt dargestellt:
Um zu verstehen, wie ein Induktor in einem Stromkreis funktionieren kann, ist diese Abbildung hilfreich:
Was Sie hier sehen, ist eine Batterie, eine Glühbirne, eine Drahtspule um ein Stück Eisen (gelb) und ein Schalter. Die Drahtspule ist ein Induktor. Wenn Sie gelesen haben, wie Elektromagnete funktionieren, erkennen Sie vielleicht, dass der Induktor ein Elektromagnet ist.
Wenn Sie den Induktor aus diesem Stromkreis herausnehmen würden, hätten Sie eine normale Taschenlampe. Sie schließen den Schalter und die Glühbirne leuchtet auf. Mit der gezeigten Induktivität im Stromkreis ist das Verhalten völlig anders.
Die Glühbirne ist ein Widerstand (der Widerstand erzeugt Wärme, um den Glühfaden in der Glühbirne zum Leuchten zu bringen – Einzelheiten finden Sie unter Funktionsweise von Glühbirnen). Der Draht in der Spule hat einen viel geringeren Widerstand (es ist nur Draht), sodass Sie beim Einschalten des Schalters erwarten würden, dass die Glühbirne sehr schwach leuchtet. Der größte Teil des Stroms sollte dem niederohmigen Pfad durch die Schleife folgen. Was stattdessen passiert, ist, dass die Glühbirne hell leuchtet und dann dunkler wird, wenn Sie den Schalter schließen. Wenn man den Schalter öffnet, brennt die Glühbirne sehr hell und geht dann schnell aus.
Der Grund für dieses seltsame Verhalten ist der Induktor. Wenn in der Spule zum ersten Mal Strom fließt, möchte die Spule ein Magnetfeld aufbauen. Während sich das Feld aufbaut, unterbindet die Spule den Stromfluss. Sobald das Feld aufgebaut ist, kann der Strom normal durch den Draht fließen. Wenn der Schalter geöffnet wird, hält das Magnetfeld um die Spule den Stromfluss in der Spule aufrecht, bis das Feld zusammenbricht. Dieser Strom sorgt dafür, dass die Glühbirne eine Zeit lang leuchtet, auch wenn der Schalter geöffnet ist. Mit anderen Worten: Ein Induktor kann Energie in seinem Magnetfeld speichern und neigt dazu, jeder Änderung der durch ihn fließenden Strommenge zu widerstehen.
Denken Sie an Wasser ...
Eine Möglichkeit, sich die Wirkungsweise eines Induktors vorzustellen, besteht darin, sich einen schmalen Kanal vorzustellen, durch den Wasser fließt, und ein schweres Wasserrad, dessen Paddel in den Kanal eintauchen. Stellen Sie sich vor, dass das Wasser im Kanal zunächst nicht fließt.
Versuchen Sie nun, das Wasser zum Fließen zu bringen. Das Schaufelrad neigt dazu, das Wasser am Fließen zu hindern, bis es die gleiche Geschwindigkeit wie das Wasser erreicht hat. Wenn Sie dann versuchen, den Wasserfluss im Kanal zu stoppen, versucht das sich drehende Wasserrad, das Wasser in Bewegung zu halten, bis seine Rotationsgeschwindigkeit wieder auf die Geschwindigkeit des Wassers abgesunken ist. Ein Induktor bewirkt dasselbe mit dem Elektronenfluss in einem Draht – ein Induktor widersteht einer Änderung des Elektronenflusses.
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Henries
Die Kapazität eines Induktors wird durch vier Faktoren gesteuert:
Die Anzahl der Spulen – Mehr Spulen bedeuten mehr Induktivität.
Das Material, um das die Spulen gewickelt sind (der Kern)
Die Querschnittsfläche der Spule – Mehr Fläche bedeutet mehr Induktivität.
Die Länge der Spule – Eine kurze Spule bedeutet schmalere (oder überlappende) Spulen, was mehr Induktivität bedeutet.
Wenn man Eisen in den Kern eines Induktors einfügt, erhält dieser eine viel höhere Induktivität als Luft oder ein anderer nichtmagnetischer Kern.
Die Standardeinheit der Induktivität ist Henry. Die Gleichung zur Berechnung der Anzahl der Henrys in einem Induktor lautet:
H = (4 * Pi * #Windungen * #Windungen * Spulenfläche * mu) / (Spulenlänge * 10.000.000)
Die Fläche und Länge der Spule werden in Metern angegeben. Der Begriff mu ist die Permeabilität des Kerns. Luft hat eine Permeabilität von 1, während Stahl eine Permeabilität von 2.000 haben könnte.
Induktoranwendung: Ampelsensoren
Nehmen wir an, Sie nehmen eine Drahtspule mit einem Durchmesser von vielleicht 2 Metern und fünf oder sechs Drahtschleifen. Sie schneiden einige Rillen in eine Straße und legen die Spule in die Rillen. Sie befestigen ein Induktivitätsmessgerät an der Spule und messen die Induktivität der Spule.
Nun parkt man ein Auto über der Spule und prüft erneut die Induktivität. Die Induktivität wird aufgrund des großen Stahlobjekts, das sich im Magnetfeld der Schleife befindet, viel größer sein. Das über der Spule geparkte Auto fungiert wie der Kern des Induktors und seine Anwesenheit verändert die Induktivität der Spule. Die meisten Ampelsensoren nutzen die Schleife auf diese Weise. Der Sensor testet ständig die Induktivität der Schleife in der Straße, und wenn die Induktivität ansteigt, weiß er, dass ein Auto wartet!
Normalerweise verwenden Sie eine viel kleinere Spule. Eine große Verwendungsmöglichkeit von Induktivitäten besteht darin, sie mit Kondensatoren zu Oszillatoren zu kombinieren. Weitere Informationen finden Sie unter Funktionsweise von Oszillatoren.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 20.01.2022
