Bobine

1. Prezentare generală

O bobină constă dintr-un fir metalic înfăşurat pe un anumit suport cilindric izolant. Capetele înfăşurării constituie terminalele bobinei (fig. 1). În interiorul suportului cilindric se găseşte miezul bobinei, care poate fi confecţionat din fier, ferită, etc.

Fig. 1

Construcţia unei bobine

O bobină se caracterizează prin doi parametri foarte importanţi:

a) rezistenţa sa electrică;

b) inductanţa sa.

Rezistenţa unei bobine este, prin definiţie, raportul dintre tensiunea continuă constantă U aplicată între terminalele sale şi intensitatea I a curentului generat prin bobină de tensiunea U.

Rezistenţa R a unei bobine poate fi măsurată cu ajutorul unui ohmetru, ca orice rezistenţă: bornele ohmetrului se conectează la terminalele bobinei şi se citeşte indicaţia aparatului.

Fig. 2

Reprezentarea simbolică a unei bobine

Dacă o bobină cilindrică este parcursă de un curent constant I atunci în interiorul acesteia apare un câmp magnetic uniform, de inducţie magnetică B paralelă cu axa de simetrie a bobinei. Dacă notăm cu S aria unei singure spire, atunci fluxul magnetic printr-o spiră este BS, iar fluxul total Φ prin bobină va fi egal cu fluxul printr-o singură spiră înmulţit cu numărul total de spire ale bobinei. Fluxul total Φ este direct proporţional cu I, pentru că inducţia B este direct proporţională cu I.

Definiţie: Raportul dintre fluxul total Φ printr-o bobină şi curentul I care o străbate se numeşte inductanţa bobinei şi se notează cu L:

Inductanţa L se măsoară în Henry (prescurtat H). Un henry reprezintă inductanţa unei spire prin a cărei suprafaţă fluxul magnetic este de un weber (1Wb), când spira este parcursă de un curent de un amper (1A).

Definiţie: Prin bobină ideală se înţelege o bobină a cărei înfăşurare are o rezistenţă electrică nulă (R=0).

O bobină ideală este caracterizată doar de inductanţa sa L.

2. Expresia inductanţei unei bobine cilindrice

Am definit mai înainte inductanţa unei bobine. Să deducem acum expresia inductanţei unei bobine cilindrice care are N spire şi lungimea l. Notăm cu S aria unei singure spire a bobinei (fig. 3).

Fig. 3

Inductanţa L a unei bobine cilindrice este dată de egalitatea:

unde µ este permeabilitatea magnetică a miezului, N numărul de spire, l lungimea bobinei, iar S aria unei singure spire.

Folosind legea lui Ampere se poate arăta că:

unde μ reprezintă permeabilitatea magnetică a miezului bobinei, iar I intensitatea curentului prin aceasta.

Fluxul inducţiei magnetice B printr-o singură spiră este:

Fluxul total Φ prin bobină cu N spire este de n ori mai mare decât fluxul printr-o singură spiră, adică:

Din definiţia inductanţei, rezultă acum că:

În concluzie, inductanţa L a unei bobine cilindrice este direct proporţională cu permeabilitatea electrică a miezului său, cu pătratul numărului de spire şi cu aria unei singure spire. Inductanţa L este ,în acelaşi timp, invers proporţională cu lungimea bobinei, adică cu cât spirele sunt mai îndepărtate, mai rare, cu atât inductanţa este mai mică (la un acelaşi număr de spire). Din formula precedentă rezultă, de exemplu, că dublând numărul de spire al unei bobine inductanţa sa se va mări de patru ori. Bobinând mai strâns spirele, astfel încât în loc ca aceasta să ocupe lungimea l ele să ocupe o lungime de două ori mai mică, inductanţa va creşte de două ori, etc.

Permeabilitatea magnetică a fierului poate fi de mii de ori mai mare decât cea a aerului. De aceea, inductanţa unei bobine poate să crească substanţial dacă în interiorul înfăşurării se introduce un miez metalic. Făcând ca acest miez să pătrundă mai mult sau mai puţin în interiorul înfăşurării, putem obţine o inductanţă mai mare sau mai mică. Acesta este principiul obţinerii unor inductanţe variabile.