Spule

Spulen sind passive elektrische Bauelemente, sie dienen als Induktivitäten und Drosseln. Als Spulen definiert ist leitender Draht, der zu einer oder mehreren Windungen geformt ist. Das Material, die Anordnung und der Durchmesser legen die grundlegenden Eigenschaften der Spule fest (z. B. die Induktivität). Im klassischen Sinne ist die Spule ein, um einen festen Körper gewickelter, Draht. Ist dieser Kernkörper nicht existent und oder nicht leitend, spricht man im elektrischen Sinn von Luftspulen. Spulen gibt es in verschiedenen Formen, sie können auch direkt auf einer Leiterplatte umgesetzt sein. Die Induktivität ist von der Anzahl der Windungen des Spulenkörpers abhängig. Durch magnetische Verkettung und die räumlich Anordnung der Windungen steigt die Induktivität im Quadrat mit der Windungszahl. Der magnetische Fluss ändert sich mit dem durchfließenden Strom. Wenn ein leitender Kern (z. B. ein Eisenkern) in der Spule steckt, erhöht dies die Induktivität. Diese Spannung ist dabei so gerichtet, dass sie ihrer Ursache (dem Strom) entgegen wirkt (Lenzsche Regel). Der Proportionalitätsfaktor zwischen dem sich zeitlich änderndem Strom durch den Leiter und der dabei entstehenden Selbstinduktionsspannung wird als Induktivität bezeichnet. Spulen besitzen selbstverständlich auch einen elektrischen Widerstand und elektrische Kapazität. Die durch den Spulenkern hervorgerufene Erhöhung der Induktivität führt zu einer Verringerung der Windungszahl und oder Leitungslänge und dadurch zu einer Verringerung des elektrischen Widerstands dieses Bauelements, jedoch tritt auch bei einer Spule mit Kern irgendwann eine Sättigungsmagnetisierung auf. Ist eine Spule mit Kern aus Eisen von einem Wechselstrom durchflossen, entstehen Wirbelströme. Dies kann man verringern, in dem man den Kern anstatt durch ein durchgehendes Stück Metall, durch mehrere Metallscheiben, die voneinander isoliert sind, ersetzt. Da in jeder Periode des Wechselstromes eine Hysterese auftritt, da der Kern ummagnetisiert werden muss, treten elektrische Verluste auf. Wie auch die Verluste durch Wirbelströme, nennt man diesen Effekt Eisenverluste. Das aufwendige Einschaltverhalten von Spulen muss in Leistungsstarken Schaltungen beachtet werden damit beispielsweise keine Sicherungen auslösen. Die Elementarmagnete im Eisenkern richten sich nach den Polen der Spule. Reale Spulen mit Kupferkernen zeigen in Wechselstromschaltungen das Phänomen auf, dass der der äquivalente ohmsche Serienwiderstand höher ist als in Gleichstromschaltungen. Gründe hierfür sind bauart- und materialbedingte zusätzliche Verluste (Wirbelstrom- und Ummagnetisierungsverluste usw.). Dies ändert die Phasenlage des Stromes, was aufgrund des Kupferwiderstandes anders zu erwarten wäre. Einsatzgebiete von Spulen: Transformatoren, Relais, Elektromagnete, Lautsprecher, Mikrofone, Fernsehbildröhren, Quarzuhren, Zündspulen etc. Variable Spulen werden als Variometer bezeichnet.


Quelle www.lexolino.de:

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