Twee soorten bifilaire spoelen - Tesla bifilair en Cooper bifilair
Functioneel zijn er twee bijzondere typen te onderscheiden bifilaire spoelen parallelle wikkeling: voor spoelen van het eerste type worden de stromen in aangrenzende windingen in dezelfde richting gericht, terwijl voor spoelen van het tweede type de stromen in aangrenzende windingen in tegengestelde richting stromen. Een prominente vertegenwoordiger van het eerste type spoel is de bekende bifilaire spoel Nikola Tesla, een voorbeeld van een spoel van het tweede type is de bifilaire spoel van Cooper.
Bijzonder aan beide typen spoelen is dat in plaats van een spoel met een enkele draad op een spoel te wikkelen, deze spoelen tegelijkertijd met twee draden worden gewikkeld, waarna deze draden in serie worden geschakeld: bij een Tesla-type spoel wordt het uiteinde (conventioneel ) van een deel van de spoel is verbonden met de oorsprong, het andere deel, terwijl de vrije draden van de voltooide spoel aan verschillende kanten ervan uitkomen, en in Cooper's bifilair worden de uiteinden van de twee delen van de spoel gecombineerd op aan de ene kant, terwijl de vrije draden aan de andere kant uitkomen.De beschreven wikkelmethoden worden gebruikt in zowel cilindrische als platte versies van bifilaire spoelen.
Het resultaat zijn spoelen die zich radicaal anders gedragen in DC- en AC-circuits. Laten we eens kijken wat de kenmerken van deze spoelen zijn en hoe deze spoelen zich zullen gedragen met verschillende soorten stroom die er doorheen vloeien.
Tesla bifilair in DC-circuit
Wanneer een gelijkstroom door de spoel vloeit, verschijnt rond elk van zijn windingen een permanent magnetisch veld dat evenredig is met de grootte van die stroom. En door de magnetische velden (magnetische inducties B) van elke volgende winding op te tellen bij de magnetische velden van de vorige windingen, krijgen we het totale magnetische veld van de spoel.
In dit geval maakt het voor een gelijkstroom Tesla bifilair niet uit dat de twee delen van de spoel in serie met elkaar zijn verbonden, maar wat hier belangrijk is, is dat de stromen in elk van zijn windingen dezelfde grootte en richting hebben , alsof de spoel is gewikkeld met één massieve draad - de inductantie (evenredigheid van de coëfficiënt tussen de stroom in de spoel en de magnetische flux die erdoor wordt gegenereerd) blijkt exact hetzelfde te zijn, het magnetische veld zal van dezelfde grootte zijn als die van een conventionele spoel van dezelfde vorm, met hetzelfde aantal windingen.
Bifilaire Tesla in wisselstroomcircuit
Wanneer een wisselstroom door een bifilaire Tesla-spoel gaat, begint de karakteristieke spoel zich te manifesteren als een uitgesproken draaicapaciteit, die zelfs in staat is om de inductantie bij de resonantiefrequentie te "neutraliseren". De windingen, die ten opzichte van elkaar zijn geplaatst zodat het potentiaalverschil tussen hen in elk paar maximaal is, zijn een analoog van een condensator die parallel is aangesloten op de spoel.
Het blijkt dat zo'n bifilaire spoel ongehinderd wisselstroom doorlaat met een bepaalde (resonantie)frequentie en alleen actieve weerstand geeft, alsof het een hoogwaardige parallelle oscillatorschakeling is, en geen spoel. Door parallel met de bron van wisselende EMF op het circuit te zijn aangesloten, kan een dergelijke spoel energie accumuleren bij de resonantiefrequentie als een parallel oscillerend circuit, waarbij de energie evenredig is met het kwadraat van het potentiaalverschil tussen aangrenzende windingen.
Bifilar Cooper in DC-circuit
In een bifilaire wikkeling, waar de gelijkstromen in aangrenzende windingen tegengestelde richtingen en dezelfde grootte hebben (een dergelijk beeld wordt namelijk waargenomen met een gelijkstroom in een spoel gemaakt van het "bifilaire" type Cooper), het totale magnetische veld van de spoel zal gelijk zijn aan nul omdat de magnetische velden in elk paar windingen elkaar neutraliseren. Hierdoor zal een spoel van dit type zich ten opzichte van gelijkstroom gedragen als een geleider van zuivere actieve weerstand en geen inductantie vertonen. Dit is hoe draadweerstanden worden gewikkeld.
Cooper bifilair in een wisselstroomcircuit
Wanneer een wisselstroom wordt aangelegd door een spoel waarvan de windingen relatief ten opzichte van elkaar zijn gerangschikt in het "bifilaire" type van Cooper, zal het patroon van het magnetische veld voornamelijk afhangen van de frequentie van de stroom. En als de lengte van de draad in zo'n spoel evenredig blijkt te zijn met de golflengte van de wisselstroom die er doorheen gaat, dan kan het externe magnetische veld op zo'n spoel eigenlijk worden verkregen als op een lange lijn of antenne.