两种类型的双线线圈——特斯拉双线和库珀双线
在功能上,可以区分两种特殊类型 双线线圈 并联绕组:对于第一种线圈,相邻匝中的电流方向相同,而对于第二种线圈,相邻匝中的电流方向相反。第一类线圈的突出代表就是大家熟知的双线线圈 尼古拉·特斯拉, 第二种线圈的例子是 Cooper 双线线圈。
这两种线圈的不同寻常之处在于,它们不是用单根导线将线圈缠绕在线圈上,而是用两根导线同时缠绕这些线圈,然后将这些导线串联连接:在特斯拉型线圈中,末端(通常) 线圈的一部分连接到原点,另一部分连接到原点,而成品线圈的自由导线在它的不同侧展开,在 Cooper 双线中,线圈两部分的末端组合在一侧,而其自由电线从另一侧伸出。所描述的缠绕方法用于双线线圈的圆柱形和扁平形版本。
结果是线圈在直流和交流电路中的表现完全不同。让我们看看这些线圈的特性是什么,以及这些线圈在不同类型的电流流过时会有怎样的表现。
直流电路中的特斯拉双线
当直流电流流过线圈时,在线圈的每一匝周围都会出现与电流大小成正比的永久磁场。并且通过将每个后续匝的磁场(磁感应强度 B)与之前匝的磁场相加,我们得到线圈的总磁场。
在这种情况下,对于直流特斯拉双线,线圈的两部分相互串联并不重要,重要的是其每一匝中的电流具有相同的大小和方向,就好像线圈是用一根实心线缠绕的一样 - 电感(线圈中的电流与其产生的磁通量之间的系数的比例)结果完全相同,磁场将具有相同的大小与相同形状、相同匝数的传统线圈相同。
交流电路中的双线特斯拉
当交流电通过双线特斯拉线圈时,特征线圈开始表现为明显的转向电容,甚至能够“中和”谐振频率下的电感。匝数相对于彼此定位,因此每对匝数之间的电势差最大,类似于与线圈并联连接的电容器。
事实证明,这样的双线线圈会在一定(谐振)频率下畅通无阻地通过交流电,只提供有源电阻,就好像它是一个高质量的并联振荡电路,而不是线圈。这种线圈与交变电动势源并联连接到电路中,可以在谐振频率下积累能量作为并联振荡电路,其中能量与相邻匝间电位差的平方成正比。
直流电路中的双线库珀
在双线绕组中,相邻匝间的直流电流方向相反,大小相同(即用“双线”型库柏线圈制成的直流电观察到这样的图),总磁场为线圈将为零,因为每对匝中的磁场相互抵消。结果,这种类型的线圈相对于直流电表现为纯有源电阻的导体,并且不会表现出任何电感。这就是线电阻的缠绕方式。
交流电路中的库柏双线
当通过线圈施加交流电时,线圈的匝数彼此相对排列为库珀的“双线”型,磁场的模式将主要取决于电流的频率。如果这种线圈中的导线长度与通过它的交流电的波长相称,那么实际上可以像在长线或天线上一样获得这种线圈上的外部磁场。