Dwa rodzaje cewek bifilarnych — bifilarna Tesli i bifilarna Coopera

Funkcjonalnie można wyróżnić dwa specjalne typy cewki bifilarne uzwojenie równoległe: dla cewek pierwszego typu prądy w sąsiednich zwojach są skierowane w tym samym kierunku, natomiast dla cewek drugiego typu prądy w sąsiednich zwojach płyną w przeciwnych kierunkach. Wybitnym przedstawicielem pierwszego typu cewki jest dobrze znana cewka bifilarna Nikola Tesla, przykładem cewki drugiego typu jest cewka bifilarna Coopera.

Oba rodzaje cewek są niezwykłe, ponieważ zamiast nawijania cewki na cewkę pojedynczym drutem, cewki te są nawijane jednocześnie dwoma drutami, po czym druty te są łączone szeregowo: w cewce typu Tesli koniec (konwencjonalnie ) jednej części cewki jest połączona z początkiem, druga jej część, podczas gdy wolne druty gotowej cewki wychodzą na jej różne strony, aw bifilarze Coopera końce dwóch części cewki są połączone na z jednej strony, podczas gdy jego wolne przewody wychodzą z drugiej strony.Opisane metody nawijania są stosowane zarówno w cylindrycznych, jak i płaskich wersjach cewek bifilarnych.

Rezultatem są cewki, które zachowują się radykalnie inaczej w obwodach prądu stałego i przemiennego. Przyjrzyjmy się, jakie są cechy tych cewek i jak te cewki będą się zachowywać przy przepływających przez nie różnych rodzajach prądu.

Bifilar Tesli w obwodzie prądu stałego

Kiedy prąd stały przepływa przez cewkę, wokół każdego zwoju pojawia się stałe pole magnetyczne proporcjonalne do wielkości tego prądu. A dodając pola magnetyczne (indukcje magnetyczne B) każdego kolejnego zwoju z polami magnetycznymi z poprzednich zwojów, otrzymujemy całkowite pole magnetyczne cewki.

W tym przypadku dla bifilara Tesli prądu stałego nie ma znaczenia, że ​​dwie części cewki są połączone szeregowo, ale ważne jest, aby prądy w każdym z jego zwojów miały tę samą wielkość i kierunek , jakby cewka była uzwojona jednym drutem litym - indukcyjność (proporcjonalność współczynnika między prądem w cewce a generowanym przez nią strumieniem magnetycznym) okazuje się dokładnie taka sama, pole magnetyczne będzie tej samej wielkości jak w przypadku konwencjonalnej cewki o tym samym kształcie, z taką samą liczbą zwojów.

Bifilar Tesla w obwodzie prądu przemiennego

Kiedy prąd przemienny przepływa przez bifilarną cewkę Tesli, charakterystyczna cewka zaczyna objawiać się wyraźną pojemnością zwrotną, która jest nawet w stanie „neutralizować” indukcyjność przy częstotliwości rezonansowej. Zwoje, rozmieszczone względem siebie tak, że różnica potencjałów między nimi w każdej parze jest maksymalna, są analogiem kondensatora połączonego równolegle do cewki.

Okazuje się, że taka bifilarna cewka przepuści niezakłócony prąd przemienny o określonej (rezonansowej) częstotliwości, zapewniając jedynie aktywny opór, tak jakby była wysokiej jakości równoległym obwodem oscylatora, a nie cewką. Cewka taka, włączona do obwodu równolegle ze źródłem przemiennego pola elektromagnetycznego, może gromadzić energię o częstotliwości rezonansowej jako równoległy obwód oscylacyjny, w którym energia jest proporcjonalna do kwadratu różnicy potencjałów między sąsiednimi zwojami.

Bifilar Cooper w obwodzie prądu stałego

W uzwojeniu bifilarnym, gdzie prądy stałe w sąsiednich zwojach mają przeciwne kierunki i tę samą wielkość (mianowicie taki obraz obserwuje się przy prądzie stałym w cewce wykonanej z "bifilarnego" typu Coopera), całkowite pole magnetyczne cewka będzie równa zeru, ponieważ pola magnetyczne w każdej parze zwojów neutralizują się nawzajem. W rezultacie cewka tego typu będzie zachowywać się w stosunku do prądu stałego jak przewodnik o czystej rezystancji czynnej i nie będzie wykazywać żadnej indukcyjności. W ten sposób nawijane są rezystory drutowe.

Cooper bifilar w obwodzie prądu przemiennego

Kiedy prąd przemienny jest przykładany przez cewkę, której zwoje są ułożone względem siebie w „bifilarnym” typie Coopera, wzór pola magnetycznego będzie zależał głównie od częstotliwości prądu. A jeśli długość drutu w takiej cewce okaże się współmierna do długości fali przepływającego przez nią prądu przemiennego, to zewnętrzne pole magnetyczne na takiej cewce można faktycznie uzyskać jak na długiej linii lub antenie.