Δύο τύποι διπλών πηνίων — Tesla bifilar και Cooper bifilar

Λειτουργικά, διακρίνονται δύο ειδικοί τύποι δίφυλλα πηνία παράλληλη περιέλιξη: για πηνία πρώτου τύπου, τα ρεύματα σε παρακείμενες στροφές κατευθύνονται προς την ίδια κατεύθυνση, ενώ για πηνία δεύτερου τύπου, τα ρεύματα σε διπλανές στροφές ρέουν αντίθετες κατευθύνσεις. Ένας εξέχων εκπρόσωπος του πρώτου τύπου πηνίου είναι το γνωστό δίφυλλο πηνίο Νίκολα Τέσλα, ένα παράδειγμα ενός πηνίου του δεύτερου τύπου είναι το δίφυλλο πηνίο Cooper.

Και οι δύο τύποι πηνίων είναι ασυνήθιστοι στο ότι αντί να τυλίγουν ένα πηνίο σε ένα πηνίο με ένα μόνο σύρμα, αυτά τα πηνία τυλίγονται ταυτόχρονα με δύο σύρματα, μετά τα οποία αυτά τα καλώδια συνδέονται σε σειρά: σε ένα πηνίο τύπου Tesla, το άκρο (συμβατικά ) του ενός μέρους του πηνίου συνδέεται με την αρχή, του άλλου τμήματος του, ενώ τα ελεύθερα καλώδια του τελικού πηνίου βγαίνουν σε διαφορετικές πλευρές του και στο bifilar του Cooper, τα άκρα των δύο τμημάτων του πηνίου συνδυάζονται σε τη μία πλευρά, ενώ τα ελεύθερα καλώδιά του βγαίνουν από την άλλη πλευρά.Οι μέθοδοι περιέλιξης που περιγράφονται χρησιμοποιούνται τόσο σε κυλινδρικές όσο και σε επίπεδες εκδόσεις διφίλων πηνίων.

Το αποτέλεσμα είναι πηνία που συμπεριφέρονται ριζικά διαφορετικά στα κυκλώματα DC και AC. Ας δούμε ποια είναι τα χαρακτηριστικά αυτών των πηνίων και πώς θα συμπεριφέρονται αυτά τα πηνία με διαφορετικούς τύπους ρεύματος που διαρρέουν από αυτά.

Tesla bifilar σε κύκλωμα DC

Όταν ένα συνεχές ρεύμα ρέει μέσα από το πηνίο, ένα μόνιμο μαγνητικό πεδίο ανάλογο με το μέγεθος αυτού του ρεύματος εμφανίζεται γύρω από κάθε στροφή του. Και προσθέτοντας τα μαγνητικά πεδία (μαγνητικές επαγωγές Β) κάθε επόμενης στροφής με τα μαγνητικά πεδία των προηγούμενων στροφών, παίρνουμε το συνολικό μαγνητικό πεδίο του πηνίου.

Σε αυτή την περίπτωση, για ένα διφίλερ συνεχούς ρεύματος Tesla, δεν έχει σημασία ότι τα δύο μέρη του πηνίου συνδέονται μεταξύ τους σε σειρά, αλλά αυτό που είναι σημαντικό εδώ είναι ότι τα ρεύματα σε κάθε στροφή του έχουν το ίδιο μέγεθος και κατεύθυνση , σαν το πηνίο να τυλίγεται με ένα συμπαγές καλώδιο - η επαγωγή (αναλογία του συντελεστή μεταξύ του ρεύματος στο πηνίο και της μαγνητικής ροής που δημιουργείται από αυτό) αποδεικνύεται ακριβώς η ίδια, το μαγνητικό πεδίο θα είναι του ίδιου μεγέθους όπως αυτό ενός συμβατικού πηνίου ίδιου σχήματος, με τον ίδιο αριθμό στροφών.

Bifilar Tesla σε κύκλωμα AC

Όταν ένα εναλλασσόμενο ρεύμα διέρχεται από ένα διπλό πηνίο Tesla, το χαρακτηριστικό πηνίο αρχίζει να εκδηλώνεται ως έντονη χωρητικότητα περιστροφής, η οποία είναι ακόμη σε θέση να "εξουδετερώσει" την επαγωγή στη συχνότητα συντονισμού. Οι στροφές, τοποθετημένες μεταξύ τους, έτσι ώστε η διαφορά δυναμικού μεταξύ τους σε κάθε ζεύγος να είναι μέγιστη, είναι ανάλογο ενός πυκνωτή που συνδέεται παράλληλα με το πηνίο.

Αποδεικνύεται ότι ένα τέτοιο διπλό πηνίο θα περάσει ανεμπόδιστο εναλλασσόμενο ρεύμα σε μια ορισμένη (συντονιζόμενη) συχνότητα, παρέχοντας μόνο ενεργή αντίσταση, σαν να ήταν ένα υψηλής ποιότητας κύκλωμα παράλληλου ταλαντωτή και όχι πηνίο. Όντας συνδεδεμένο στο κύκλωμα παράλληλα με την πηγή εναλλασσόμενου EMF, ένα τέτοιο πηνίο μπορεί να συσσωρεύει ενέργεια στη συχνότητα συντονισμού ως παράλληλο ταλαντούμενο κύκλωμα, όπου η ενέργεια είναι ανάλογη με το τετράγωνο της διαφοράς δυναμικού μεταξύ γειτονικών στροφών.

Bifilar Cooper σε κύκλωμα DC

Σε μια διπλή περιέλιξη, όπου τα συνεχή ρεύματα σε παρακείμενες στροφές έχουν αντίθετες κατευθύνσεις και το ίδιο μέγεθος (δηλαδή, μια τέτοια εικόνα παρατηρείται με συνεχές ρεύμα σε ένα πηνίο κατασκευασμένο από τον τύπο "bifilar" Cooper), το συνολικό μαγνητικό πεδίο του το πηνίο θα είναι ίσο με μηδέν γιατί τα μαγνητικά πεδία σε κάθε ζεύγος στροφών εξουδετερώνουν το ένα το άλλο. Ως αποτέλεσμα, ένα πηνίο αυτού του τύπου θα συμπεριφέρεται σε σχέση με το συνεχές ρεύμα ως αγωγός καθαρής ενεργού αντίστασης και δεν θα παρουσιάζει καμία αυτεπαγωγή. Έτσι τυλίγονται οι αντιστάσεις καλωδίων.

Bifilar Cooper σε κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος

Όταν ένα εναλλασσόμενο ρεύμα εφαρμόζεται μέσω ενός πηνίου του οποίου οι στροφές είναι διατεταγμένες μεταξύ τους στον τύπο «bifilar» του Cooper, το σχέδιο του μαγνητικού πεδίου θα εξαρτηθεί κυρίως από τη συχνότητα του ρεύματος. Και αν το μήκος του σύρματος σε ένα τέτοιο πηνίο αποδειχθεί ανάλογο με το μήκος κύματος του εναλλασσόμενου ρεύματος που διέρχεται από αυτό, τότε το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο σε ένα τέτοιο πηνίο μπορεί πραγματικά να ληφθεί όπως σε μια μεγάλη γραμμή ή κεραία.