Spule Elektrotechnik - Definition auf KuiperGuertel.De

Schaltzeichen Eine

Induktionsspule

ist ein elektrisches Bauteil .html">Leiter .html"> (Draht) besteht. Es gibt aber auch freitragende Spulen ohne Kern. Es gibt zwei Schaltzeichen. In der Niederfrequenztechnik .html"> (Hochfrequenztechnik) das rechte. International sind noch weitere Schaltzeichen im Gebrauch. : :Foto einiger Spulen

Magnetfeld

Eine solche Spule ist ein Elektromagnet .html"> (elektrischer Strom) hindurch fließt, bildet sich ein Magnetfeld | (Magnetfeld) in Achsenrichtung der Wicklung aus. Für eine einlagige Spule der Länge ''l'' und der Windungszahl ''n'', durch die ein Strom .html"> (magnetische Feldstärke) ''H'' zu : H = I \cdot \frac{n}{l}, bzw. die magnetische Flussdichte | (magnetische Flussdichte) ''B'' zu : B = \mu_{0} \cdot I \cdot \frac{n}{l}. Darin ist \mu_{0} die magnetische Feldkonstante | (magnetische Feldkonstante) : \mu_{0} = 4 \cdot \pi \cdot 10^{-7} \frac{\mathrm{H}}{\mathrm{m}}.

Induktion

Nach dem Induktionsgesetz ruft eine zeitliche Stromänderung d''I''/d''t'' in einer Spule eine Induktionsspannung .html">Lenzschen Regel | (Lenzsche Regel|Lenzschen Regel) so gepolt, dass sie der Änderung des Stroms entgegen wirkt. Den Proportionalitätsfaktor nennt man die Induktivität | (Induktivität) ''L'' der Spule. Es gilt: : U_{ind} = - L \cdot \frac{\mathrm{d}I}{\mathrm{d}t}.

Induktivität

Eine einlagige Spule der Länge ''l'' mit der Querschnittsfläche ''A'' und der Windungszahl ''n'', bei der die Länge groß gegenüber dem Durchmesser ist, hat die Induktivität : L = \mu_{r} \cdot \mu_{0} \cdot A \cdot \frac{n^{2}}{l}. \mu_{0} ist die magnetische Feldkonstante (s. o.. \mu_{r} ist eine dimensionslose Materialkonstante des Spulenkerns, genannt die Permeabilitätszahl. Beispiele: {| border="1" | Medium || ''μr'' |----- | Vakuum || 1 |----- | Luft || 1 |----- | Eisen || 300 - 10000 |----- | Ferrit || 400 - 5500 |} ''AL''-Wert Für die Praxis werden fertige Spulenkerne verwendet, für die vom Hersteller eine Induktivitätskonstante ''AL'' angegeben wird. In ihr sind bereits alle Materialkonstanten zusammengefasst. Wenn man sie mit ''n'' Windungen bewickelt, erhält man eine Spule der Induktivität : L = A_{L} \cdot n^{2}.

Feldenergie

Eine stromdurchflossene Spule speichert Energie | (Energie) in Form ihres Magnetfeldes. Das Feld einer Spule der Induktivität ''L'', die vom Strom ''I'' durchflossen wird, enthält die Energie : W = L \cdot \frac{I^{2}}{2}.

Wechselstromverhalten

Wird die Spule von Wechselstrom | (Wechselstrom) durchflossen, so wechselt der Strom periodisch seine Richtung. Durch die Stromänderung wird ständig eine Induktionsspannung erzeugt, die ebenfalls ihre Richtung periodisch wechselt. Da der Strom infolge der induzierten Gegenspannung nur allmählich anwachsen bzw. abfallen kann, ist die Spannung dem Strom zeitlich (in der Phase .html"> (Trägheit) der Spule gegen Stromänderungen. Der Spule kann ein Wechselstromwiderstand ''X'' zugeordnet werden, der jedoch im Gegensatz zu einem Ohmschen Widerstand .html"> (Leistung) in Wärme umsetzt ("Verlustleistung .html"> (Blindwiderstand). Für eine Spule der Induktivität ''L'' und einen Wechselstrom der Frequenz | (Frequenz) ''f'' errechnet sich der Blindwiderstand zu X = 2 \cdot \pi \cdot f \cdot L = \omega \cdot L Wobei \omega := 2 \cdot \pi \cdot f Winkelfrequenz .html"> (Winkelgeschwindigkeit) heißt.

Bauformen

Spulen werden häufig nach dem verwendeten Kernmaterial unterschieden.

Luftspule | (Luftspule)

Flachspule | (Flachspule)

Toroidspule | (Toroidspule), Kreisringspule

Zylinderspule | (Zylinderspule)

Eisenkernspule | (Eisenkernspule)

Blechkernspule | (Blechkernspule)

Bandkernspule | (Bandkernspule)

Ferritkernspule | (Ferritkernspule)

Anwendung

Die Trägheit einer Spule gegen Stromänderungen wird zur Stromstabilisierung und zur Erzeugung höherer Spannungen angewendet. Die Abhängigkeit des Blindwiderstandes von der Frequenz wird zur Trennung von Signalen unterschiedlicher Frequenz verwendet (Tiefpass .html"> (Hochpass), Bandpass | (Bandpass). Durch Veränderung der Lage des Kerns kann man bei einigen Spulen die Induktivität abstimmen. Diese abstimmbaren Spulen werden zum Beispiel in Bandfiltern | (Bandfilter|Bandfiltern) verwendet. In einem Radioempfänger wird eine auf einen Ferritkern gewickelte Spule im Lang- Mittel- und Kurzwellenbereich zugleich als Antenne verwendet. Bei Leuchtstoffröhren werden Drosselspule | (Drosselspule)n zur Reduzierung der Betriebsspannung vorgeschaltet. ----