Otwórz menu główne
Ten artykuł dotyczy elementu elektrycznego. Zobacz też: inne znaczenia tego słowa.

Cewka, zwojnica – część obwodu elektrycznego, element elektroniczny bierny.

Cewka
Ilustracja
Cewki
Typ bierny
Zasada działania indukcja elektromagnetyczna
Wprowadzenie na rynek Michael Faraday (1831)
Symbol
Symbol
Symbol cewki, jej oznaczenie
oraz prąd i spadek napięcia

Cewka posiada uzwojenie utworzone z pewnej liczby zwojów przewodnika nawiniętych np. na powierzchni walca (cewka cylindryczna), na powierzchni pierścienia (cewka toroidalna) lub na płaszczyźnie (cewka spiralna lub płaska). Wewnątrz lub na zewnątrz zwojów może znajdować się rdzeń magnetyczny wykonany zazwyczaj z materiału ferromagnetycznego. Cewka bez rdzenia magnetycznego (cewka powietrzna) to solenoid.

ParametryEdytuj

 
Pole magnetyczne cewki o wielu zwojach, przez którą płynie prąd

Dla prądu stałego cewka jest elementem rezystancyjnym o rezystancji przewodnika, z którego jest wykonana. Dla prądu o pulsacji różnej od zera wykazuje inną wartość oporu nazywaną reaktancją. Reaktancja jest tym większa, im większa jest indukcyjność i pulsacja prądu.

Strumień indukcji pola magnetycznego przepływającego przez cewkę opisuje wzór:

 

Siłę elektromotoryczną indukowaną w cewce wyraża wzór:

 

Przyjmując, że indukcyjność cewki nie zmienia się, co jest spełnione dla większości obwodów elektrycznych, powyższy wzór upraszcza się do:

 

gdzie:

 strumień indukcji magnetycznej,
  – indukcyjność cewki,
  – natężenie prądu elektrycznego płynącego przez cewkę,
 siła elektromotoryczna samoindukcji,
  – czas.

Indukująca się w cewce siła elektromotoryczna (napięcie) zależy od jej indukcyjności oraz od zmiany w czasie płynącego przez nią prądu. W obwodach prądu zmiennego sinusoidalnego, w stanie ustalonym napięcie na cewce wyprzedza o 90° prąd płynący w cewce (napięcie i prąd są przesunięte w fazie o  ).

Indukcyjność cewkiEdytuj

Indukcyjność jest podstawowym parametrem elektrycznym opisującym cewkę. Jednostką indukcyjności jest henr [H]. Prąd płynący w obwodzie wytwarza skojarzony z nim strumień magnetyczny. Indukcyjność definiuje się jako stosunek tego strumienia i prądu, który go wytworzył:

 

Współczynnik   zależy od geometrii układu, a więc między innymi od kształtu cewki, liczby zwojów, grubości użytego drutu. Indukcyjność cewki zależy również od przenikalności magnetycznej rdzenia.

Stała cewkiEdytuj

Dla prądu stałego odpowiednikiem indukcyjności jest stała cewki:

 

gdzie:

 natężenie pola magnetycznego,
 natężenie prądu.

Łączenie cewekEdytuj

Podobnie jak oporniki oraz kondensatory, cewki można łączyć.

Połączenie szeregoweEdytuj

Przy połączeniu szeregowym cewek przez wszystkie płynie ten sam prąd, lecz na każdej z nich może być różne napięcie. Indukcyjność zastępcza takiego układu dana jest wzorem:

 [1]

Połączenie równoległeEdytuj

Połączone równolegle cewki można zastąpić jedną o indukcyjności zastępczej danej wzorem:

 [2]

Powyższe zależności zachodzą pod warunkiem, że pole magnetyczne każdej z cewek nie wnika do pozostałych. W przeciwnym przypadku pojawia się indukcyjność wzajemna, zmieniająca indukcyjności cewek składowych.

Cewka w obwodach prądu sinusoidalnie przemiennegoEdytuj

ReaktancjaEdytuj

Reaktancję cewki wyraża wzór:

 

gdzie:

 pulsacja prądu.

ImpedancjaEdytuj

Impedancja idealnej cewki jest równa iloczynowi jej reaktancji i jednostki urojonej:

 

DobroćEdytuj

Rzeczywiste cewki wykazują też rezystancję   Jednym z istotnych parametrów cewki rzeczywistej jest dobroć cewki określona wzorem:

 

Energia pola magnetycznegoEdytuj

Jeżeli w chwili   natężenie prądu w obwodzie prądu zmiennego wynosi   to w ciągu nieskończenie krótkiego czasu   następuje zwiększenie natężenia prądu o   Wtedy w obwodzie indukowana jest siła elektromotoryczna   która (zgodnie z regułą Lenza) przeciwdziała przyrostowi natężenia prądu, a więc skierowana jest przeciwnie do   Zgodnie z prawem Faradaya wyraża się ona wzorem

 

Aby w czasie   spowodować przepływ prądu o natężeniu   przez cewkę, trzeba wykonać pracę:

 

Minus oznacza, kierunek prądu jest przeciwny do polaryzacji siły elektromotorycznej. Po podstawieniu wzór ten przyjmuje postać:

 

Jest to praca wykonana przy zwiększeniu natężenia prądu od wartości   do wartości   Aby obliczyć pracę zwiększenia natężenia prądu od 0 do   należy powyższe równanie wycałkować:

 

Gdy w zwojnicy płynie prąd o natężeniu   wówczas wytwarza ona pole magnetyczne. Energia tego pola równa jest pracy potrzebnej do jego wytworzenia, czyli:

 

gdzie:

 indukcyjność cewki,
  – natężenie prądu płynącego przez cewkę,
  – indukcja magnetyczna,
  – objętość cewki (obszar, w którym występuje indukcja  ).

Działanie i zastosowaniaEdytuj

 
Cewki

Cewka jest elementem inercyjnym – gromadzi energię w wytwarzanym polu magnetycznym. W połączeniu z kondensatorem tworzy obwód rezonansowy (jeden z fundamentalnych obwodów elektronicznych).

Cewki zasilane prądem stałym, zwane elektromagnesami, są wykorzystywane do wytwarzania pola magnetycznego lub jego kompensacji, na przykład przy rozmagnesowaniu i pomiarach pola magnetycznego.

Rodzaje cewekEdytuj

Zobacz teżEdytuj

PrzypisyEdytuj

BibliografiaEdytuj