Cívka

vysokofrekvenční cívka

Cívka je elektrotechnická součástka používaná v elektrických obvodech:

• k vytvoření magnetického pole elektrického proudu, které se dále využívá k působení magnetickou silou - cívka slouží jako elektromagnet,
• k indukci elektrického proudu proměnným magnetickým polem - cívka slouží jako induktor (nositel indukčnosti).

Stavba cívky

Cívka se skládá z vodiče navinutého na izolační nosnou kostru. Vinutí může být jednovrstvé nebo vícevrstvé. V případě vícevrstvých vysokofrekvenčních cívek je třeba použít tzv. křížové vinutí, aby se omezila vlastní elektrická kapacita cívky. Navinutý vodič může být i samonosný - bez kostry.

Vodič v cívce má mít co nejmenší rezistivitu, aby v cívce nedocházelo k velkým tepelným ztrátám. Nejčastěji používaným materiálem je měď.

Ke zvětšení magnetických vlastností se dovnitř cívky vkládá jádro z magneticky měkké oceli, tzn. z feromagnetické látky s malou remanentní magnetizací. K omezení vzniku vířivých proudů v jádře se jádro skládá z několika vrstev oddělených izolantem nebo z jemných železných částeček spojených izolační hmotou (tzv. železové jádro).

Druhy cívek

Podle rozměrů a tvaru lze rozlišit obyčejnou cívku, solenoid - velmi dlouhá cívka, toroid - cívka stočená do kruhu.

Cívky lze rozdělit podle frekvence střídavého proudu, pro kterou je určena - nízkofrekvenční cívky a vysokofrekvenční cívky.

Parametry cívky

• Počet závitů
• Geometrické vlastnosti (počet závitů na jednotku délky, délka, obsah průřezu)
• Indukčnost - vyjadřuje velikost magnetického indukčního toku při jednotkovém elektrickém proudu
• Maximální zatížení - největší možný výkon elektrického proudu nepoškozující cívku
• Maximální proud - největší proud, který může procházet cívkou

Cívka v elektrickém obvodu

Elektrotechnická značka

Cívka ve stejnosměrném obvodu

V obvodu stálého stejnosměrného proudu se cívka projevuje pouze svým elektrickým odporem.

Kolem cívky se průchodem stejnosměrného proudu vytváří stálé magnetické pole. Magnetický indukční tok závisí přímo úměrně na indukčnosti cívky a velikosti proudu. Indukčnost cívky a tím i magnetické pole je možno zesílit vložením jádra - magnetického obvodu do cívky.

Cívka ve střídavém obvodu

V obvodu střídavého proudu vzniká kolem cívky proměnné magnetické pole, které v cívce indukuje elektromotorické napětí. Indukované napětí působí vždy proti změnám, které je vyvolaly (Lenzův zákon), což má za následek vznik impedance, u cívky nazývané induktance, tj. odpor cívky proti průchodu střídavého proudu. Induktance závisí přímo úměrně na indukčnosti cívky a frekvenci střídavého proudu.

Cívka rovněž způsobuje fázový posuv střídavého proudu oproti střídavému napětí o π/2 neboli 1/4 periody.

Proměnného magnetického pole kolem cívky se využívá také v transformátorech při transformaci střídavého elektrického proudu a napětí mezi dvěma obvody. Způsob a velikost transformace ovlivňuje poměr počtu závitů sekundární a primární cívky transformátoru, celková energie transformace je však také výrazně limitována celkovou velikostí a kvalitou magnetického obvodu transformátoru.

Cívka v kmitavém obvodu

Důležitou úlohu hraje cívka u elektromagnetického kmitání (rezonance). To vzniká v obvodu s kondenzátorem a cívkou (LC obvody), kde se periodicky opakuje přeměna elektrické energie na magnetickou a opačně. Frekvence elektromagnetického kmitání závisí mj. také na indukčnosti cívky.

Spojování cívek

Při sériovém zapojení cívek se zvětšuje celková indukčnost:

$L=L_{1}+L_{2}+...$, (za předpokladu, že se cívky vzájemně nevážou, tedy nemají společný tok).

Indukčnost dvou sériově řazených cívek se vzájemnou indukčností M = L12 = L21:

$L=L_{1}+L_{2}+-2M$ (znaménko volit podle polarity vzájemné vazby).

při paralelním zapojení se celková indukčnost zmenšuje:

${\frac {1}{L}}={\frac {1}{L_{1}}}+{\frac {1}{L_{2}}}+...$

Napětí na cívce

Závislost napětí na cívce na proudu, který jí prochází lze vyjádřit diferenciální rovnicí:

$u_{L}=L{\frac {di_{L}}{dt}}$

Použití cívky

Cívku lze používat jako samostatnou součástku (elektromagnet, tlumivka) nebo jako součást složeného elektrického zařízení (elektromagnetické relé, transformátor, reproduktor).

Různá provedení cívek

• Cívka jako elektromagnet - využívá se magnetická síla magnetického pole kolem cívky v zařízeních jako např.
  • elektromotor
  • zvonek
  • reproduktor
  • elektromagnetické relé
  • elektromagnetický jeřáb
  • vychylovací cívky v monitorech
  • zapisovací hlavičky v pevných discích
  • deprézské měřící přístroje (galvanometr, ampérmetr, voltmetr, ad.)

Výhodou elektromagnetu je to, že magnetické pole je dočasné, dá se snadno měnit jeho velikost, příp. směr.

• Cívka jako induktor - využívá se elektrické napětí indukované proměnným magnetickým polem kolem cívky
  • tlumivka - cívka působí proti prudkým změnám v elektrickém obvodu (např. zapnutí/vypnutí obvodu, elektrický výboj, ap.). Změny v elektrickém obvodu vyvolávají změnu magnetického pole kolem cívky a následně se v cívce indukuje elektromotorické napětí působící vždy proti změnám, které je vyvolaly.
  • transformátor - obsahuje dvě nebo více cívek na společném jádře. Změnou elektrického proudu (střídavým proudem) v jedné cívce se indukuje elektrický proud v druhé cívce, dochází k transformaci proudu a napětí.
  • čtecí hlavičky v pevných discích
  • v elektromagnetických oscilačních obvodech - cívka a kondenzátor jsou nezbytné součástky pro vznik elektromagnetických kmitů v obvodu (rezonanční LC obvody).

Odkazy

Související články

• Kostra cívky
• Vzduchová cívka

Literatura

• Faktor Zdeněk: Transformátory a cívky - vlastnosti materiálů a efektivní návrh transformátorů, BEN - technická literatura, 2002, ISBN 80-86056-49-X
• Faktor Zdeněk: Transformátory a tlumivky pro spínané napájecí zdroje - teorie, příklady návrhu, měření, BEN - technická literatura, 2002, ISBN 80-86056-91-0
• Libor Kupka: Rezonanční vlastnosti RLC členu http://www.mti.tul.cz/files/zky/Rezonancni_vlastnosti_RLC.pdf

Obrázky, zvuky či videa k tématu cívka na Wikimedia Commons