Inductiespoel elektronica

Inductiespoel, een elektrisch apparaat voor het produceren van een onderbroken hoogspanningsbron. Een inductiespoel bestaat uit een centrale cilindrische kern van zacht ijzer waarop twee geïsoleerde spoelen zijn gewikkeld: een binnenste of primaire spoel met relatief weinig windingen van koperdraad en een omringende secundaire spoel met een groot aantal windingen van dunnere koperdraad. Een onderbreker wordt gebruikt voor het automatisch maken en verbreken van de stroom in de primaire spoel. Deze stroom magnetiseert de ijzeren kern en produceert een groot magnetisch veld door de inductiespoel.

Het werkingsprincipe van de inductiespoel werd in 1831 gegeven door Michael Faraday. De inductiewet van Faraday toonde aan dat als het magnetische veld door een spoel wordt veranderd, er een elektromotorische kracht wordt opgewekt waarvan de waarde afhangt van de snelheid waarmee het magnetische veld door de spoel verandert. Deze opgewekte elektromotorische kracht is, volgens de wet van Lenz, altijd in een zodanige richting dat deze de verandering in het magnetische veld tegengaat.

Wanneer een stroom in de primaire spoel wordt gestart, worden geïnduceerde elektromotorische krachten gecreëerd in zowel de primaire als secundaire spoelen. De tegengestelde elektromotorische kracht in de primaire spoel zorgt ervoor dat de stroom geleidelijk toeneemt tot zijn maximale waarde. Dus wanneer de stroom begint, zijn de tijdsnelheid van verandering van het magnetische veld en de geïnduceerde spanning in de secundaire spoel relatief klein. Aan de andere kant, wanneer de primaire stroom wordt onderbroken, wordt het magnetische veld snel verminderd en wordt er een relatief grote spanning geproduceerd in de secundaire spoel. Deze spanning, die enkele tienduizenden volt kan bereiken, duurt slechts een zeer korte tijd waarin het magnetische veld verandert. Zo produceert een inductiespoel een grote spanning die korte tijd aanhoudt en een kleine sperspanning die veel langer duurt. De frequentie van deze veranderingen wordt bepaald door de frequentie van de onderbreker.

Na de ontdekking van Faraday zijn er veel verbeteringen aangebracht aan de inductiespoel. In 1853 plaatste de Franse natuurkundige Armand-Hippolyte-Louis Fizeau een condensator over de onderbreker, waardoor de primaire stroom veel sneller werd onderbroken. De methoden voor het wikkelen van de secundaire spoel werden aanzienlijk verbeterd door Heinrich Daniel Ruhmkorff (1851) in Parijs, door Alfred Apps in Londen en door Friedrich Klingelfuss in Bazel, die vonken in de lucht van ongeveer 150 cm lang kon verkrijgen. Er zijn verschillende soorten onderbrekers. Voor de kleine inductiespoelen is een mechanische aan de spoel bevestigd, terwijl de grotere spoelen een afzonderlijk apparaat gebruiken, zoals een kwikstraalonderbreker of de elektrolytische onderbreker, uitgevonden door Arthur Wehnelt in 1899.

Inductiespoelen werden gebruikt om de hoge spanning te leveren voor elektrische ontladingen in gassen bij lage druk en waren als zodanig behulpzaam bij de ontdekking van kathodestralen en röntgenstralen in het begin van de 20e eeuw. Een andere vorm van inductiespoel is de Tesla-spoel, die bij hoge frequenties hoge spanningen genereert. De grotere inductiespoelen die bij röntgenbuizen werden gebruikt, werden door de transformator-gelijkrichter als spanningsbron verplaatst. In de 21e eeuw bleven kleinere inductiespoelen op grote schaal gebruikt als een cruciaal onderdeel in de ontstekingssystemen van benzinemotoren.