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インダクタの仕組み

投稿者: マーシャル ブレイン

インダクタ

インダクタの大きな用途の 1 つは、コンデンサと組み合わせて発振器を作成することです。ハントストック/ゲッティイメージズ

インダクタは電子部品としては非常に単純で、単なるワイヤのコイルです。しかし、コイルの磁気特性により、ワイヤーのコイルは非常に興味深いことができることがわかりました。

この記事では、インダクタとその用途についてすべて学びます。

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インダクタの基礎

ヘンリー

インダクタの用途: 交通信号センサー

インダクタの基礎

回路図では、インダクタは次のように示されます。

回路内でインダクタがどのように機能するかを理解するには、次の図が役に立ちます。

ここに見えるのは、電池、電球、鉄片 (黄色) の周りに巻かれたワイヤー、およびスイッチです。ワイヤーのコイルはインダクターです。「電磁石の仕組み」を読んだことがある人なら、インダクタが電磁石であることがわかるかもしれません。

この回路からインダクタを取り除くと、通常の懐中電灯になります。スイッチを閉じると電球が点灯します。図のように回路にインダクタを使用すると、動作は完全に異なります。

電球は抵抗器です (抵抗によって熱が発生し、電球内のフィラメントが光ります。詳細については、「電球の仕組み」を参照してください)。コイル内のワイヤーの抵抗ははるかに低いため (単なるワイヤーです)、スイッチをオンにすると、電球が非常に薄暗く光ることが予想されます。電流の大部分は、ループを通る低抵抗の経路をたどる必要があります。代わりに、スイッチを閉じると電球が明るく点灯し、その後暗くなります。スイッチを開くと、電球が非常に明るく点灯し、すぐに消えます。

この奇妙な動作の原因はインダクタです。最初にコイルに電流が流れ始めると、コイルは磁界を形成しようとします。磁界が形成されている間、コイルは電流の流れを阻止します。フィールドが構築されると、電流はワイヤを正常に流れることができます。スイッチが開くと、コイルの周囲の磁場によって、磁場が消えるまでコイルに電流が流れ続けます。この電流により、スイッチが開いている場合でも、一定期間電球が点灯し続けます。言い換えれば、インダクタはその磁界にエネルギーを蓄えることができ、インダクタはそこを流れる電流量の変化に抵抗する傾向があります。

水について考えてみましょう…

インダクターの動作を視覚化する 1 つの方法は、水が流れる狭い水路と、その水路にパドルを浸した重い水車を想像することです。最初は水路内の水が流れていないことを想像してください。

次に、水を流し始めようとします。外輪は水の速度に達するまで水の流れを妨げる傾向があります。その後、水路内の水の流れを止めようとすると、回転している水車は、その回転速度が水の速度に戻るまで水を動かし続けようとします。インダクタはワイヤ内の電子の流れに対して同じことを行っています。インダクタは電子の流れの変化に抵抗します。

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ヘンリー

インダクタの容量は、次の 4 つの要素によって制御されます。

コイルの数 – コイルが増えると、インダクタンスも増加します。

コイルを巻いている素材（コア）

コイルの断面積 - 面積が大きいほど、インダクタンスが大きくなります。

コイルの長さ – コイルが短いということは、コイルが狭くなる (または重なる) ことを意味し、インダクタンスが大きくなります。

インダクタのコアに鉄を入れると、空気や非磁性コアよりもはるかに大きなインダクタンスが得られます。

インダクタンスの標準単位はヘンリーです。インダクタのヘンリー数を計算する式は次のとおりです。

H = (4 * Pi * 巻数 * 巻数 * コイル面積 * μ) / (コイルの長さ * 10,000,000)

コイルの面積と長さはメートル単位です。用語μはコアの透磁率です。空気の透過率は 1 ですが、鋼の透過率は 2,000 になる場合があります。

インダクタの用途: 交通信号センサー

たとえば、直径 6 フィート (2 メートル) のワイヤのコイルがあり、5 ～ 6 つのワイヤのループが含まれているとします。道路にいくつかの溝を切り、その溝にコイルを置きます。インダクタンス計をコイルに取り付けて、コイルのインダクタンスを確認します。

ここで、コイルの上に車を駐車し、インダクタンスを再度チェックします。ループの磁場内に大きな鋼製の物体が配置されているため、インダクタンスははるかに大きくなります。コイルの上に駐車した車はインダクタのコアのように機能し、その存在によってコイルのインダクタンスが変化します。ほとんどの信号センサーはこの方法でループを使用します。センサーは常に道路のループのインダクタンスをテストし、インダクタンスが上昇すると、待機している車があることを認識します。

通常は、はるかに小さいコイルを使用します。インダクタの大きな用途の 1 つは、コンデンサと組み合わせて発振器を作成することです。詳細については、「オシレーターの仕組み」を参照してください。