Zwei Arten von Bifilarspulen – Tesla-Bifilar und Cooper-Bifilar

Funktionell lassen sich zwei Sondertypen unterscheiden bifilare Spulen Parallelwicklung: Bei Spulen des ersten Typs sind die Ströme in benachbarten Windungen in die gleiche Richtung gerichtet, während bei Spulen des zweiten Typs die Ströme in benachbarten Windungen in entgegengesetzte Richtungen fließen. Ein prominenter Vertreter des ersten Spulentyps ist die bekannte Bifilarspule Nikola TeslaEin Beispiel für eine Spule des zweiten Typs ist die Cooper-Bifilarspule.

Beide Arten von Spulen sind insofern ungewöhnlich, als sie nicht eine Spule auf eine Spule mit einem einzigen Draht wickeln, sondern diese Spulen gleichzeitig mit zwei Drähten gewickelt werden, wonach diese Drähte in Reihe geschaltet werden: Bei einer Spule vom Tesla-Typ ist das Ende (herkömmlich) ) eines Teils der Spule ist mit dem Ursprung verbunden, sein anderer Teil, während die freien Drähte der fertigen Spule auf verschiedenen Seiten davon austreten, und in Coopers Bifilar sind die Enden der beiden Teile der Spule miteinander verbunden auf der einen Seite, während die freien Drähte auf der anderen Seite herausragen.Die beschriebenen Wickelverfahren werden sowohl bei zylindrischen als auch bei flachen Versionen bifilarer Spulen eingesetzt.

Das Ergebnis sind Spulen, die sich in Gleich- und Wechselstromkreisen völlig unterschiedlich verhalten. Schauen wir uns an, welche Eigenschaften diese Spulen haben und wie sich diese Spulen verhalten, wenn verschiedene Arten von Strom durch sie fließen.

Tesla-Bifilar im Gleichstromkreis

Wenn ein Gleichstrom durch die Spule fließt, entsteht um jede ihrer Windungen ein permanentes Magnetfeld, das proportional zur Stärke dieses Stroms ist. Und indem wir die Magnetfelder (magnetische Induktionen B) jeder nachfolgenden Windung mit den Magnetfeldern der vorherigen Windungen addieren, erhalten wir das gesamte Magnetfeld der Spule.

In diesem Fall spielt es bei einem Tesla-Bifilar mit Gleichstrom keine Rolle, dass die beiden Teile der Spule in Reihe miteinander verbunden sind. Wichtig ist hier jedoch, dass die Ströme in jeder ihrer Windungen die gleiche Größe und Richtung haben , als ob die Spule mit einem massiven Draht gewickelt wäre - die Induktivität (Proportionalität des Koeffizienten zwischen dem Strom in der Spule und dem von ihr erzeugten magnetischen Fluss) ist genau gleich, das Magnetfeld wird die gleiche Größe haben wie bei einer herkömmlichen Spule gleicher Form und gleicher Windungszahl.

Bifilarer Tesla im Wechselstromkreis

Wenn ein Wechselstrom durch eine bifilare Tesla-Spule fließt, beginnt sich die charakteristische Spule als ausgeprägte Wendekapazität zu manifestieren, die sogar in der Lage ist, die Induktivität bei der Resonanzfrequenz zu „neutralisieren“. Die relativ zueinander angeordneten Windungen, so dass die Potentialdifferenz zwischen ihnen in jedem Paar maximal ist, sind ein Analogon eines parallel zur Spule geschalteten Kondensators.

Es stellt sich heraus, dass eine solche bifilare Spule ungehinderten Wechselstrom mit einer bestimmten (Resonanz-)Frequenz durchlässt und nur einen aktiven Widerstand bereitstellt, als wäre sie ein hochwertiger Paralleloszillatorkreis und keine Spule. Wenn eine solche Spule parallel zur Quelle der Wechsel-EMF an den Stromkreis angeschlossen ist, kann sie Energie bei der Resonanzfrequenz als Parallelschwingkreis akkumulieren, wobei die Energie proportional zum Quadrat der Potentialdifferenz zwischen benachbarten Windungen ist.

Bifilar Cooper im Gleichstromkreis

In einer bifilaren Wicklung, in der die Gleichströme in benachbarten Windungen entgegengesetzte Richtungen und die gleiche Größe haben (ein solches Bild wird nämlich bei einem Gleichstrom in einer Spule vom „bifilaren“ Cooper-Typ beobachtet), beträgt das gesamte Magnetfeld von Die Spule ist gleich Null, da sich die Magnetfelder in jedem Windungspaar gegenseitig neutralisieren. Dadurch verhält sich eine solche Spule gegenüber Gleichstrom wie ein Leiter mit reinem Wirkwiderstand und weist keine Induktivität auf. So werden Drahtwiderstände gewickelt.

Cooper bifilar im Wechselstromkreis

Wenn ein Wechselstrom durch eine Spule angelegt wird, deren Windungen nach Coopers „bifilarem“ Typ relativ zueinander angeordnet sind, hängt das Muster des Magnetfelds hauptsächlich von der Frequenz des Stroms ab. Und wenn sich herausstellt, dass die Länge des Drahtes in einer solchen Spule der Wellenlänge des durch sie fließenden Wechselstroms entspricht, kann das äußere Magnetfeld an einer solchen Spule tatsächlich wie an einer langen Leitung oder Antenne erhalten werden.