Was ist Induktivität?
Was ist Induktivität?
Induktivität tritt auf, wenn eine Änderung des Stromflusses genutzt wird, um Signale mit höheren Frequenzanteilen daran zu hindern, durchzugehen, während Signale mit niedrigeren Frequenzanteilen passieren können. Deshalb werden Induktionsspulen manchmal auch als "Chokes" bezeichnet, da sie effektiv höhere Frequenzen unterdrücken. Eine gängige Anwendung eines Chokes ist in einem Röhrenverstärker-Vorspannungsschaltkreis, wo der Kollektor eines Transistors mit einer Gleichspannung versorgt werden muss, ohne dass das HF-Signal (Hochfrequenz) zurück in die Gleichspannungsquelle geleitet wird.
Stellen Sie sich ein Kabel vor, das 1.000.000 Meilen (ca. 1.600.000 Kilometer) lang ist. Stellen Sie sich vor, wir machen aus diesem Kabel einen riesigen Kreis und verbinden seine Enden mit den Polen einer Batterie, wie in Abbildung 1 dargestellt, um Strom durch das Kabel zu leiten.
Wenn wir für dieses Experiment ein kurzes Kabel verwenden würden, würde der Strom sofort beginnen zu fließen und erreichen ein Niveau, das nur durch den Widerstand im Kabel und in der Batterie begrenzt ist. Da wir jedoch ein extrem langes Kabel haben, benötigen die Elektronen einige Zeit, um vom negativen Batteriepol über den Kreis und zurück zum positiven Batteriepol zu gelangen. Daher wird es einige Zeit dauern, bis der Strom sein maximales Niveau erreicht.
Das von dem Kreis erzeugte Magnetfeld wird am Anfang klein sein, in den ersten Momenten, wenn der Strom nur in einem Teil des Kreises fließt. Das Feld wird zunehmen, je mehr Elektronen den Kreis umrunden. Sobald die Elektronen den positiven Batteriepol erreichen und ein konstanter Strom durch den gesamten Kreis fließt, erreicht die Menge des Magnetfeldes ihr Maximum und stabilisiert sich, wie in Abbildung 2 dargestellt. Zu diesem Zeitpunkt haben wir eine bestimmte Menge an Energie im Magnetfeld gespeichert. Die Menge der gespeicherten Energie hängt von der Induktivität des Kreises ab, die wiederum von seiner Gesamtgröße abhängt. Wir symbolisieren Induktivität, als Eigenschaft oder als mathematische Variable, indem wir einen kursiv geschriebenen, großgeschriebenen Buchstaben L schreiben. Unser Kreis stellt einen Induktor dar. Um "Induktor" abzukürzen, schreiben wir einen großgeschriebenen, nicht-kursiv geschriebenen Buchstaben L.
Abbildung 1. Wir können einen riesigen, imaginären Drahtkreis verwenden, um das Prinzip der Induktivität zu veranschaulichen
Natürlich können wir keinen Drahtkreis mit einem Umfang von nahezu 1.000.000 Meilen herstellen. Aber wir können ziemlich lange Längen von Draht in kompakte Spulen wickeln. Wenn wir das tun, nimmt das magnetische Fluss für eine gegebene Länge des Drahts im Vergleich zum Fluss, der von einer Einzelwendelschleife erzeugt wird, zu, was die Induktivität erhöht. Wenn wir einen ferromagnetischen Stab, der als Kern bezeichnet wird, in eine Drahtspule legen, können wir die Flussdichte und damit die Induktivität noch weiter erhöhen.
Wir können Werte von L viele Male größer erreichen, wenn wir einen ferromagnetischen Kern verwenden, als wir mit einer ähnlich großen Spule mit Luftkern, festem Kunststoffkern oder trockenem Holzkern erreichen können. (Kunststoff und trockenes Holz haben Permeabilitätswerte, die sich kaum von Luft oder Vakuum unterscheiden; Ingenieure verwenden diese Materialien gelegentlich als Spulenkern oder "Formen", um der Wicklung Struktursteifigkeit zu verleihen, ohne die Induktivität signifikant zu ändern.) Der Strom, den ein Induktor verarbeiten kann, hängt vom Durchmesser des Drahts ab. Aber der Wert von L hängt auch von der Anzahl der Windungen in der Spule, dem Durchmesser der Spule und der Gesamtform der Spule ab.
Wenn wir alle anderen Faktoren konstant halten, nimmt die Induktivität einer spiralförmigen Spule direkt proportional zur Anzahl der Windungen des Drahts zu. Die Induktivität nimmt auch direkt proportional zum Durchmesser der Spule zu. Wenn wir eine Spule mit einer bestimmten Anzahl von Windungen und einem bestimmten Durchmesser "ausdehnen", während wir alle anderen Parameter konstant halten, geht ihre Induktivität zurück. Umgekehrt, wenn wir eine gestreckte Spule "zusammenpressen", während wir alle anderen Faktoren konstant halten, steigt die Induktivität.
Unter normalen Umständen bleibt die Induktivität einer Spule (oder eines anderen Geräts, das als Induktor fungiert) unabhängig von der Stärke des angewendeten Signals konstant. In diesem Zusammenhang beziehen sich "abnorme Umstände" auf ein so starkes angewendetes Signal, dass der Induktordraht schmilzt oder das Kernmaterial übermäßig erhitzt wird. Guter Ingenieurssinn fordert, dass solche Bedingungen in einem gut entworfenen elektrischen oder elektronischen System nie auftreten sollten.
Abbildung 2. Relative magnetische Flussdichte in und um einen riesigen Drahtkreis, der an eine Stromquelle angeschlossen ist, als Funktion der Zeit.
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