Tekst źródłowy strony Cewka

{{Inne znaczenia|elementu elektrycznego| [[Cewka (ujednoznacznienie)|inne znaczenia tego słowa]]}}
{{Element elektroniczny infobox
 |nazwa                 = Cewka
 |grafika               = Electronic component inductors.jpg
 |opis grafiki          = Cewki
 |typ                   = [[element elektroniczny bierny|bierny]]
 |zasada_działania      = [[indukcja elektromagnetyczna]]
 |wynalazca             = 
 |rok_wynalezienia      = 
 |wprowadzenie_na_rynek = Michael Faraday (1831)
 |wyprowadzenia         = 
 |symbol                = Cewka.svg
 |opis symbolu          = Symbol cewki, jej oznaczenie<br />oraz prąd i spadek napięcia
 |commons               = Category:Inductors
 |wikisłownik           = cewka
}}
'''Cewka''' – część [[obwód elektryczny|obwodu elektrycznego]], zaliczana do [[Element elektroniczny bierny|elementów biernych]]. Posiada [[uzwojenie]], czyli zwoje [[przewodnik elektryczny|przewodnika]] nawinięte np. na powierzchnie:
* walca (cewka cylindryczna),
* pierścienia (cewka toroidalna),
* płaską (cewka spiralna lub płaska).

Cewki ze zwojami ułożonymi w [[Linia śrubowa|linię śrubową]] (helisę) nazywa się '''zwojnicami'''<ref>{{Encyklopedia PWN | id = 4002555 | tytuł = zwojnica | data dostępu = 2023-01-10 }}</ref>. Oprócz tego wyróżnia się cewki<ref name="epwn">{{Encyklopedia PWN | id = 3884448 | tytuł = cewka elektryczna | data dostępu = 2023-01-10 }}</ref>:
* powietrzne, inaczej [[solenoid]]y – pozbawione wypełnienia;
* rdzeniowe, inaczej magnetowodowe – wewnątrz lub na zewnątrz ich zwojów znajduje się [[rdzeń magnetyczny]] wykonany zazwyczaj z materiału [[Ferromagnetyk|ferromagnetycznego]].

Cewki mają różne zastosowania; wytwarzane przez nie [[pole magnetyczne]]:
* jest podstawą działania [[elektromagnes]]ów; cewki służące temu celowi są nazywane '''wzbudzającymi'''<ref name="epwn" />;
* zgodnie z [[Prawo indukcji elektromagnetycznej Faradaya|prawem Faradaya]] może też wpłynąć na [[prąd elektryczny]] płynący w obwodzie. Przez to cewka może być elementem [[transformator]]a lub zwiększać [[indukcyjność]] obwodu; wtedy jest nazywana '''cewką indukcyjną''' lub '''[[induktor]]em'''<ref>{{Encyklopedia PWN | id = 3914592 | tytuł = induktor | data dostępu = 2023-01-10 }}</ref>. Może ona pełnić rolę [[dławik]]a.

Termin bywa też używany mniej ściśle; przykładowo [[Transformator Tesli|cewka Tesli]] to w istocie układ obwodów zawierający kilka cewek.

== Parametry ==
[[Plik:VFPt cylindrical coil.svg|thumb|240px|[[Pole magnetyczne]] cewki o wielu zwojach, przez którą płynie prąd]]
Dla prądu stałego cewka jest elementem rezystancyjnym o [[rezystancja|rezystancji]] przewodnika, z którego jest wykonana. Dla prądu o pulsacji różnej od zera wykazuje inną wartość oporu nazywaną [[reaktancja (elektryczność)|reaktancją]]. Reaktancja jest tym większa, im większa jest [[indukcyjność]] i [[pulsacja]] prądu.

Strumień [[Indukcja magnetyczna|indukcji pola magnetycznego]] przepływającego przez cewkę opisuje wzór:
:: <math>\Phi = Li.</math>

Siłę elektromotoryczną indukowaną w cewce wyraża wzór:
:: <math>\varepsilon = -\frac{d\Phi}{dt} = -\frac{dLi}{dt} = -\left(L \frac{di}{dt} + i\frac{dL}{dt}\right).</math>

Przyjmując, że indukcyjność cewki nie zmienia się, co jest spełnione dla większości obwodów elektrycznych, powyższy wzór upraszcza się do:
:: <math>\varepsilon = -L\frac{di}{dt}.</math>

gdzie:
: <math>\Phi</math> – [[strumień indukcji magnetycznej]],
: <math>L</math> – indukcyjność cewki,
: <math>i</math> – natężenie prądu elektrycznego płynącego przez cewkę,
: <math>\varepsilon</math> – [[siła elektromotoryczna]] [[samoindukcja|samoindukcji]],
: <math>t</math> – czas.

Indukująca się w cewce siła elektromotoryczna (napięcie) zależy od jej indukcyjności oraz od zmiany w czasie płynącego przez nią prądu. W obwodach prądu zmiennego sinusoidalnego, w stanie ustalonym [[napięcie elektryczne|napięcie]] na cewce wyprzedza o 90° prąd płynący w cewce (napięcie i prąd są przesunięte w fazie o <math>\frac{\pi}{2}</math>).

=== Indukcyjność cewki ===
[[Indukcyjność]] jest podstawowym parametrem elektrycznym opisującym cewkę. Jednostką indukcyjności jest [[henr]] [H]. Prąd płynący w obwodzie wytwarza skojarzony z nim [[Strumień indukcji magnetycznej|strumień magnetyczny]]. Indukcyjność definiuje się jako stosunek tego strumienia i prądu, który go wytworzył:
:: <math>L = k\frac{\Phi}{i}</math>

Współczynnik <math>k</math> zależy od geometrii układu, a więc między innymi od kształtu cewki, liczby zwojów, grubości użytego drutu. Indukcyjność cewki zależy również od [[przenikalność magnetyczna|przenikalności magnetycznej]] rdzenia.

=== Stała cewki ===
Dla [[prąd stały|prądu stałego]] odpowiednikiem indukcyjności jest [[stała cewki]]:
: <math>C = \frac{H}{I},</math>

gdzie:
: <math>H</math> – [[natężenie pola magnetycznego]],
: <math>I</math> – [[Natężenie prądu elektrycznego|natężenie prądu]].

== Łączenie cewek ==
Podobnie jak [[opornik]]i oraz [[kondensator]]y, cewki można łączyć.

=== Połączenie szeregowe ===
[[Plik:Inductors in series.svg|thumb|220px]]
Przy [[Połączenie szeregowe|połączeniu szeregowym]] cewek przez wszystkie płynie ten sam prąd, lecz na każdej z nich może być różne [[napięcie elektryczne|napięcie]]. Indukcyjność zastępcza takiego układu dana jest wzorem:
: <math>L_z = L_1+L_2+\ldots+L_n = \sum_{i=1}^n L_i</math>{{odn|Osiowski|Szabatin|1992|s=101}}

=== Połączenie równoległe ===
[[Plik:Inductors in parallel.svg|thumb|220px]]
[[Połączenie równoległe|Połączone równolegle]] cewki można zastąpić jedną o indukcyjności zastępczej danej wzorem:
: <math>\frac{1}{L_z} = \frac{1}{L_1}+\frac{1}{L_2}+\ldots+\frac{1}{L_n} = \sum_{i=1}^n\frac{1}{L_i}</math>{{odn|Osiowski|Szabatin|1992|s=104}}

Powyższe zależności zachodzą pod warunkiem, że [[pole magnetyczne]] każdej z cewek nie wnika do pozostałych. W przeciwnym przypadku pojawia się [[indukcyjność wzajemna]], zmieniająca indukcyjności cewek składowych.

== Cewka w obwodach prądu sinusoidalnie przemiennego ==
=== Reaktancja ===
[[Reaktancja (elektryczność)|Reaktancję]] cewki wyraża wzór:
:: <math>X_L = \omega L,</math>

gdzie:
: <math>\omega</math> – [[pulsacja]] prądu.

=== Impedancja ===
[[Impedancja]] idealnej cewki jest równa iloczynowi jej reaktancji i jednostki urojonej:
: <math>Z_L = jX_L.</math>

=== Dobroć ===
Rzeczywiste cewki wykazują też rezystancję <math>R.</math> Jednym z istotnych parametrów cewki rzeczywistej jest [[dobroć]] cewki określona wzorem:
: <math>Q = \frac {|X_L|} {R_s}.</math>

=== Energia pola magnetycznego ===
Jeżeli w chwili <math>t</math> natężenie prądu w obwodzie prądu zmiennego wynosi <math>i,</math> to w ciągu nieskończenie krótkiego czasu <math>dt</math> następuje zwiększenie natężenia prądu o <math>di.</math> Wtedy w obwodzie indukowana jest [[siła elektromotoryczna]] <math>\varepsilon,</math> która (zgodnie z [[Prawo Lenza|regułą Lenza]]) przeciwdziała przyrostowi natężenia prądu, a więc skierowana jest przeciwnie do <math>i.</math> Zgodnie z [[Prawo indukcji elektromagnetycznej Faradaya|prawem Faradaya]] wyraża się ona wzorem
:: <math>\varepsilon = -\frac{d\Phi}{dt} = -L\frac{di}{dt}.</math>

Aby w czasie <math>dt</math> spowodować przepływ prądu o natężeniu <math>i</math> przez cewkę, trzeba wykonać pracę:
:: <math>dW = -\varepsilon i \ dt.</math>

Minus oznacza, kierunek prądu jest przeciwny do polaryzacji siły elektromotorycznej. Po podstawieniu wzór ten przyjmuje postać:
:: <math>dW = i \ dt \ L\frac{di}{dt} = Li \ di.</math>

Jest to praca wykonana przy zwiększeniu natężenia prądu od wartości <math>I</math> do wartości <math>I+di.</math> Aby obliczyć pracę zwiększenia natężenia prądu od 0 do <math>I</math> należy powyższe równanie wycałkować:
:: <math>W = \int^I_0 Li \ di = L \int^I_0 i \ di = \frac{LI^2}{2}.</math>

Gdy w zwojnicy płynie prąd o natężeniu <math>I,</math> wówczas wytwarza ona [[pole magnetyczne]]. Energia tego pola równa jest pracy potrzebnej do jego wytworzenia, czyli:
:: <math>E_L = \frac12 LI^2 = \frac12 V \frac {B^2} \mu,</math>

gdzie:
: <math>L</math> – [[indukcyjność]] cewki,
: <math>I</math> – natężenie prądu płynącego przez cewkę,
: <math>B</math> – indukcja magnetyczna,
: <math>V</math> – objętość cewki (obszar, w którym występuje indukcja <math>B</math>).

== Działanie i zastosowania ==
[[Plik:Inductors-photo.JPG|thumb|320px|Cewki]]
Cewka jest [[element elektroniczny inercyjny|elementem inercyjnym]] – gromadzi energię w wytwarzanym polu magnetycznym. W połączeniu z [[kondensator]]em tworzy [[Obwód rezonansowy LC|obwód rezonansowy]] (jeden z fundamentalnych obwodów elektronicznych).

Cewki zasilane prądem stałym, zwane [[elektromagnes]]ami, są wykorzystywane do wytwarzania pola magnetycznego lub jego kompensacji, na przykład przy [[rozmagnesowanie|rozmagnesowaniu]] i pomiarach pola magnetycznego.

== Rodzaje cewek ==
{{Układ wielokolumnowy |szerokość=10em <!-- od 7 do 10 --> |liczba=3 |
* [[cewka Barkera]]
* [[cewka długa]]
* [[cewka Haka]]
* [[cewka Helmholtza]]
* [[cewka Maxwella]]
* [[dławik gaszący|cewka Petersena]]
* [[cewka Ruhmkorffa]]
* [[wyzwalacz napięciowy|cewka wzrostowa]]
* [[wariometr]]
}}

== Przypisy ==
{{Przypisy}}

== Bibliografia ==
* {{Cytuj |autor=Jerzy Osiowski; [[Jerzy Szabatin]] |tytuł=Podstawy teorii obwodów |wolumin=I |wydawca=Wydawnictwa Naukowo-Techniczne |miejsce=Warszawa |data=1992 |id={{ISBN|83-204-1349-4}} (całość), {{ISBN|83-204-1350-8}} tom I |odn=tak}}

{{Teoria obwodów}}
{{Prąd przemienny}}

{{Kontrola autorytatywna}}

[[Kategoria:Elementy elektroniczne]]
[[Kategoria:Teoria obwodów]]