En spole är en ledare som lindats i varv, ofta runt en kärna av järn eller ferrit. När ström går genom spolen skapas ett magnetfält. Spolen motsätter sig då varje förändring av strömmen. Den egenskapen kallas induktans och mäts i henry. Spolar finns i transformatorer, drosslar, högtalare, reläer, induktionshällar och i nästan alla radiokretsar.
Spolen är kondensatorns motsats. Kondensatorn lagrar energi i ett elektriskt fält, spolen i ett magnetfält. Tillsammans kan de bilda en svängningskrets som resonerar vid en bestämd frekvens, vilket är grunden för all radioteknik. Här förklarar vi hur spolen fungerar och hur du räknar på den.
Vad är en spole?
En rak ledare med ström ger ett svagt magnetfält runt sig. Lindar du ledaren i många varv adderas fälten från varje varv. Med en kärna av järn blir fältet ännu starkare, eftersom järnet leder magnetfältet mycket bättre än luft.
I kopplingsscheman ritas spolen som en rad halvcirklar, som ett utdraget varv av tråd. Har spolen en järnkärna ritas ett eller två streck bredvid.
Induktans och henry
Induktans anger hur stark spänning spolen skapar när strömmen genom den ändras. Enheten är henry, H, uppkallad efter den amerikanske fysikern Joseph Henry. Han upptäckte induktansen oberoende av engelsmannen Michael Faraday, som beskrev elektromagnetisk induktion 1831.
Induktansen ökar med antalet varv i kvadrat. Dubbelt så många varv ger fyra gånger så hög induktans. En järnkärna kan öka induktansen hundratals gånger. Vanliga spolar i elektronik mäts i mikrohenry och millihenry.
Lenz lag
Spolen kämpar alltid emot förändringar. Försöker du öka strömmen skapar spolen en spänning som bromsar ökningen. Bryter du strömmen skapar den en spänning som försöker hålla strömmen kvar. Principen kallas Lenz lag: den inducerade spänningen är riktad så att den motverkar den förändring som skapade den.
Det förklarar varför det kan gnistra när du drar ur kontakten till en dammsugare. Motorns lindningar är spolar. När strömmen bryts tvärt ger de en kort spänningstopp som hoppar över i kontakten. Samma effekt används med avsikt i en drossel som tänder ett lysrör.
Spolen och växelström
För likström är en spole bara en tråd med låg resistans. För växelström är det annorlunda. Strömmen ändras hela tiden, så spolen motsätter sig den hela tiden. Motståndet mot växelström kallas induktiv reaktans:
X = 2π × f × L
Reaktansen ökar med frekvensen. En spole släpper igenom låga frekvenser och bromsar höga. Det är motsatsen till kondensatorn, så de två kombineras ofta i filter. I en högtalare med flera element styr en spole basen till baselementet medan en kondensator skickar diskanten till diskantelementet.
Resonans: när spole och kondensator samarbetar
Kopplas en spole och en kondensator ihop kan energin pendla fram och tillbaka mellan dem. Kondensatorn laddas ur genom spolen, spolens magnetfält laddar sedan upp kondensatorn åt andra hållet och förloppet upprepas. Svängningen sker vid en bestämd frekvens, resonansfrekvensen:
f0 = 1 / (2π × √(L × C))
Vid resonansfrekvensen tar spolens och kondensatorns reaktanser ut varandra. Så väljer en gammal radio station: du vrider på en kondensator tills kretsens resonansfrekvens stämmer med sändarens frekvens.
Räkna på en spole
Skriv värden med prefix, till exempel 10m för 10 mH eller 100n för 100 nF.
Exemplet i räknaren, en spole på 10 mH med en kondensator på 100 nF, ger en resonansfrekvens på ungefär 5 kHz. Hur kondensatorn fungerar förklaras på sidan om kondensatorn.
Energi i en spole
Energin i spolens magnetfält är E = ½ × L × I². När strömmen bryts måste energin ta vägen någonstans. Är spolen stor och strömmen hög kan spänningstoppen bli hundratals volt. Därför kopplas en skyddsdiod över reläspolar och små motorer som styrs av elektronik. Mer om det finns på sidan om dioden.
Spolar i vardagen
- Transformatorer består av två spolar på samma järnkärna. Se sidan om transformatorn.
- Drosslar begränsar strömmen i lysrörsarmaturer och filtrerar bort störningar i nätaggregat. Se glimtändare och lysrör.
- Reläer har en spole som drar till en kontakt när ström flyter genom den.
- Högtalare har en spole som rör sig i ett magnetfält och sätter membranet i rörelse.
- Induktionshällar har en spole under glaset som skapar ett växlande magnetfält. Det inducerar strömmar i kastrullens botten, som blir varm.
- Tändspolen i en bensinmotor gör om bilens 12 V till de tusentals volt som behövs för att tändstiftet ska slå gnista.
- Trådlös laddning av telefoner fungerar med två spolar, en i laddplattan och en i telefonen.
Vanliga frågor om spolar
Vad är skillnaden mellan en spole och en elektromagnet?
En elektromagnet är en spole med järnkärna som används för att skapa en dragkraft. Alla elektromagneter är spolar, men alla spolar används inte som magneter. Se sidan om magneter och elektromagneter.
Vad mäts induktans i?
I henry, H. Vanliga spolar i elektronik har induktanser på mikrohenry (µH) eller millihenry (mH).
Vad är reaktans?
Med reaktans menas det motstånd en spole eller kondensator har mot växelström. Reaktansen mäts i ohm som en vanlig resistans, men den beror på frekvensen och omvandlar ingen energi till värme.
Varför brummar en spole?
Spolens järnkärna och lindningar påverkas av de magnetiska krafterna och vibrerar i takt med växelströmmen. Vid 50 Hz blir det ett lågt brum, samma ljud som från en transformator.
Källor
- Wikipedia: Inductance (henry, Lenz lag, reaktans, Faraday 1831)
- Wikipedia: Inductor
Senast uppdaterad