Brontekst bekijken van Spoel

{{Zie artikel|Dit artikel gaat over de elektrische component, voor andere betekenissen zie [[klos]].}}
[[Bestand:Inductors-photo.JPG|thumb|Spoelen als elektronische componenten]]
[[Bestand:Inductor.svg|thumb|150px|Schematisch symbool van een spoel]]
Een '''spoel''' is een [[elektrotechniek|elektrische]] component bestaande uit geleidende wikkelingen, meestal van [[koperdraad]], op een [[spoelvorm]] (meestal van [[kunststof]]) waarin zich al dan niet een magnetiseerbare ([[weekijzer]]en) [[Kern (spoel)|kern]] bevindt, die wel of niet beweegbaar is. Twee magnetisch gekoppelde spoelen vormen een [[transformator]].

==Werking==
Als er een elektrische stroom door een draad loopt, wordt rondom de draad een [[magnetisch veld]] opgewekt. Is de draad in een cilindervormige spiraal (bijvoorbeeld om een koker of een buis) tot een spoel gewikkeld, dan wordt het magnetische veld binnen de spoel gebundeld en krijgt het een richting. Als zich in de buis een magnetiseerbaar materiaal (weekijzer, [[ferriet (magneet)|ferriet]]) bevindt, wordt de bundeling van het opgewekte magnetisme sterk vergroot. Omgekeerd zal de spoel een veranderlijk magnetisch veld omzetten in een elektrische spanning.

==Toepassing==
[[Bestand:Solenoide 2.jpg|thumb|150px|Een spoel als actuator op een stookoliebrander]]
[[Bestand:Commercial Solenoid Dawes 1920.png|thumb|150px|Uitleg van een spoel gebruikt als elektromechanische actuator]]
Spoelen worden hoofdzakelijk toegepast als:
*elektr(on)ische component
*onderdelen van een transformator
*veld- of ankerwikkeling in elektromotoren
*elektromechanische actuator

===Component===
In de [[elektronica]] worden spoelen met name gebruikt voor filtering en als onderdeel van [[frequentie]]bepalende circuits voor afstemming of het genereren van signalen. Storende signalen van apparaten, zoals elektromotoren en tl-verlichting, kunnen worden verzwakt door het gebruik van een spoel.

===Transformator===
Een [[transformator]] bestaat in principe uit twee of meer spoelen die magnetisch gekoppeld zijn.

===Veld- of ankerwikkeling===
Voor het opwekken van het benodigde magnetische veld in elektromotoren worden spoelen gebruikt, meestal gewikkeld op kernen van gelamelleerd weekijzer.

===Actuator===
Als elektromechanische component wordt de spoel ook wel aangeduid als [[Solenoïde (spoel)|solenoïde]], een letterlijke vertaling van het Engelse ''solenoid'' (spoel). De spoel is dan een [[actuator]], een constructie die een mechanische (meest lineaire) beweging opwekt bij het aanbrengen of wegnemen van een elektrische stroom door de spoel. De beweging wordt veroorzaakt doordat de opgewekte magnetische krachten in de delen van de kern elkaar aantrekken of loslaten. Het kan hierbij gaan om een [[relais]], waar deze beweging elektrische contacten bedient, een [[ventiel (techniek)|ventiel]] of klep, die een vloeibaar of gasvormig medium, zoals water, olie, stoom of lucht doorlaat of blokkeert, of een [[elektromagneet]], die een anker tegen zijn kern aangetrokken kan houden zolang de stroom vloeit. In pneumatische stuurventielen worden spoelen toegepast als stuurelement, het werkelijke schakelen van het medium wordt door [[perslucht]] verzorgd.

[[Bestand:Solenoid Valve.png|thumb|150px|
<kbd>A</kbd> - Inlaat<br />
<kbd>B</kbd> - Membraan<br />
<kbd>C</kbd> - Drukkamer<br />
<kbd>D</kbd> - Drukontlasting<br />
<kbd>E</kbd> - Solenoïde<br />
<kbd>F</kbd> - Uitlaat<br /><br />
Spoel als stuurelement]]

==Zelfinductie==
Door zijn constructie heeft een spoel een zelfinductie, wat inhoudt dat iedere [[elektrische stroom|stroomverandering]] wordt tegengewerkt door een geïnduceerde [[elektrische spanning]] volgens:

:<math>U_\text{ind} = -L \frac{\mathrm{d}I}{\mathrm{d}t} = -N \frac{\mathrm{d}\mathit{\Phi}_\text{b}}{\mathrm{d}t}</math>.

Hierin is
:<math>U_\text{ind}</math> de opgewekte [[elektrische spanning]] in [[Volt (eenheid)|volt]] 
:<math>I</math> de [[elektrische stroom]] in [[Ampère (eenheid)|ampère]]
:<math>L</math> de [[zelfinductie]] van de spoel in [[Henry (inductie)|henry]].
:<math>N</math> het aantal windingen van de spoel
:<math>\mathit{\Phi}_\text{b}</math> de [[magnetische flux]] in de spoel in [[Weber (eenheid)|weber]].
Het minteken wijst op het tegenwerken van de spoel (inductie).

Deze formule heet de [[wet van Lenz]], opgesteld in 1833 (of '34) door de Baltische natuurkundige [[Heinrich Lenz]], als uitbreiding van de [[inductiewet van Faraday]]. De beginletter ''L'' van zijn naam wordt gebruikt als symbool voor zelfinductie.

Een smoorspoel is een spoel met een grote zelfinductie en een geringe ohmse weerstand. Smoorspoelen worden vaak toegepast om wisselstroomcomponenten (AC) te onderdrukken in bijvoorbeeld een [[gelijkrichter]].

==Complexe impedantie==
Wanneer door een spoel met zelfinductie <math>L</math> een stroom 
:<math>I=I_0\cdot e^{j\omega t}</math>
in de vorm van een enkele sinus loopt, kan de geïnduceerde spanning gevonden worden uit:
:<math>U_\text{ind}=-L \frac{\mathrm{d}I}{\mathrm{d}t}=-L\cdot j\omega I_0\cdot e^{j\omega t}=-j\omega L\cdot I</math>

De spanning <math>U</math> over de spoel is tegengesteld aan de inductiespanning, dus:
:<math>U=-U_\text{ind}=j\omega L\cdot I</math>.

Voor de ''inductantie'', de complexe [[impedantie]] van de spoel, volgt dus: 
:<math>Z_L=j\omega L</math>.

===Niet-ideale spoel===
Een niet-ideale spoel heeft altijd een [[Elektrische weerstand (eigenschap)|elektrische weerstand]] <math>R_\text{L}</math> ([[inwendige weerstand]]) die als serieweerstand kan worden opgevat. In dat geval wordt de complexe impedantie:
:<math>Z_L = R_\text{L} + j\omega L</math>.

==Verschillende toepassingen==
* Als energiebuffer. Spoelen kunnen gebruikt worden in [[elektronica|elektronische]] schakelingen om hun zelfinductie. Zie [[smoorspoel]], [[tl-lamp|tl-lampen]] en [[schakelende voeding]].
* Omzetting naar magnetisme. Soms bevat een spoel een [[Ferromagnetisme|ferromagnetische kern]]. Door de magnetische kern neemt de [[magnetische inductie|inductie]] toe. Een spoel wekt onder invloed van elektrische stroom een [[magnetisch veld]] op. 
* Omzetting van elektrische energie naar mechanische beweging. Dit effect wordt toegepast in:
** [[Deurbel]]len
** [[Elektromotor]]en
** [[Relais]]
** [[Luidspreker]]s
** Loopwerken en lees/schrijfkoppen in [[harde schijf|harde schijven]]
** Elektrische deursloten
* Omzetting van magnetische energie naar elektriciteit. Dit principe wordt toegepast in:
** [[Alternator|Generatoren]]/[[dynamo]]'s
** [[Transformator]]en
** [[Bobine]]s
** Dynamische [[microfoon]]s
** [[Gitaarelement]]en

== Richting en grootte van het magnetisch veld==
Om bij het ontwerp van deze apparaten gemakkelijk de richting van het magnetisch veld en de elektrische stroom ten opzichte van elkaar te onthouden wordt de [[kurkentrekkerregel]] of de [[rechterhandregel]] toegepast.
De grootte (en richting) kan worden berekend met de [[wet van Biot-Savart]] of benaderd met behulp van het [[magnetisch moment]].

==Zie ook==
* [[Gyrator]] Vervanging spoel (L) door [[vierpool]] met een [[condensator]] (C) in specifieke toepassingen.
* [[Elektromagneet]]
* [[Elektromotor]]
* [[Elektroventiel]]
* [[Transformator]]
* [[Vermogenstransformatorwikkeling]]
* [[Spoelberekeningen]]
* [[Smoorspoel]]
* [[Orthocyclische wikkeling]]

==Externe link==
*{{en}} [http://www.societyofrobots.com/actuators_solenoids.shtml Spoel als lineaire actuator (''Solenoid Basics'')]

{{appendix|1=Bron|2=
*''Elementaire elektriciteitsleer Deel A'', 1963, Lemaitre-Vantieghem, Uitgeverij Vyncke
}}
{{Commonscat||Coils}}

[[Categorie:Elektronische component]]
[[Categorie:Elektrotechniek]]
[[Categorie:Energiedrager]]
[[Categorie:Motortechniek]]