Spoel

Spoelen

Een spoel (soms ook wel solenoïde genoemd) is een elektrische component bestaande uit (geleidende) draadwikkelingen, al dan niet rond een magnetiseerbare kern. Door z'n constructie heeft een spoel een zelfinductie, wat inhoudt dat iedere stroomverandering wordt tegengewerkt door een geïnduceerde elektrische spanning volgens:

$U_{ind} = -L \frac{dI}{dt}$

hierin is

U_ind de opgewekte elektrische spanning in Volt

I de elektrische stroom in ampère

L de zelfinductie van de spoel in Henry.

Deze formule heet de wet van Lenz, opgesteld in 1833 (of '34) door de Baltische natuurkundige Heinrich Lenz, als uitbreiding van de wet van Faraday. De beginletter L van zijn naam wordt gebruikt als symbool voor zelfinductie.

[bewerk] Complexe impedantie

Wanneer door een spoel met zelfinductie L een stroom

$I=I_0\cdot e^{j\omega t}$

in de vorm van een enkele sinus loopt, kan de geïnduceerde spanning gevonden worden uit:

$U_{ind}=-L \frac{dI}{dt}=-L\cdot j\omega I_0\cdot e^{j\omega t}=-j\omega L\cdot I$

De spanning U over de spoel is tegengesteld aan de inductiespanning, dus:

$U=-U_{ind}=j\omega L\cdot I$ .

Voor de inductantie, de complexe impedantie van de spoel, volgt dus:

$Z_L=j\omega L\!$ .

[bewerk] Niet-ideale spoel

Een niet-ideale spoel heeft altijd een elektrische weerstand R_L die als serieweerstand kan worden weergegeven. In dat geval wordt de complexe impedantie:

$Z_L=R_L + j\omega L\!$ .

[bewerk] Magnetische veldopwekking

Spoelen kunnen gebruikt worden in elektronische schakelingen om hun zelfinductie, vaak worden spoelen echter ook toegepast als omzetter van elektrische naar mechanische energie en omgekeerd.

Een spoel wekt onder invloed van elektrische stroom een magnetisch veld op. Met behulp van een spoel kan elektrische energie in magnetische energie worden omgezet. Deze magnetische energie op zijn beurt kan door een bepaalde constructie in mechanische energie worden omgezet. Dit effect wordt toegepast in:

kwartsuurwerken
deurbellen
elektromotoren
relais
luidsprekers
aandrijving voor lasers in cd- en dvd-loopwerken en lees/schrijfkoppen in harde schijven

Om bij het ontwerp van deze apparaten gemakkelijk de richting van het magnetisch veld en de elektrische stroom ten opzichte van elkaar te onthouden wordt de kurkentrekkerregel of de rechterhandregel toegepast.

Verder is het mogelijk om met behulp van een spoel variaties van een magnetisch veld weer om te zetten in een elektrische stroom. Dit principe wordt toegepast in:

Categorieën: Elektronische component | Elektrotechniek | Motortechniek