Фізичні принципи

Магнітне поле за своєю природою вихрове. Його силові лінії замкнуті. Силові лінії магнітного поля навколо прямого провідника із струмом утворюють коло. У котушці індуктивності провідник має таку форму, що всередині котушки магнітне поле, створене кожною його ділянкою додається, а за межами котушки суперпозиція поля, створеного окремими ділянками провідника, призводить до його гасіння.

Конфігурація магнітного поля в котушці схематично зображена на рисунку. Більше значення напруженості магнітного поля відповідає областям простору, де густина силових ліній вища. Всередині котушки магнітне поле, створене нижніми ділянками провідника, й верхніми, має однаковий напрям. За межами котушки напрям створеного поля від верхніх та нижніх ділянок провідника різний. Силові лінії, густина яких велика всередині котушки, замикаються через зовнішній простір. Якщо довжина котушки набагато більша за її товщину, то напруженість магнітного поля за межами котушки дуже мала, майже нульова. На рисунку це відповідає меншій густоті силових ліній за межами котушки.

В довгій котушці напруженість магнітного поля всередині рівномірна вздовж її осі за винятком країв. Величина напруженості магнітного поля й магнітної індукції в котушці залежить від сили струму, що протікає через провідник і від геомертричних факторів: розмірів, числа витків та способу намотки, форми внутрішньої області. Магнітний потік через внутрішній переріз котушки прямо пропорційний силі струму:

,

де - магнітний потік, - сила струму. Коефіцієнт пропорційності називається індуктивністю котушки й є її основною характеристикою.

Магнітна індукція всередині довгого соленоїда в СГС дорівнює

де B - магнітна індукція, c - швидкість світла, N - кількість витків, l - довжина котушки. Тому магнітний потік

,

отже,

.

Ця фомула справедлива для ідеального соленоїда, емпіричні формули для розрахунку реальних котушок наведені нижче.

Енергія магнітного поля в котушці дорівнює

.

Електорорушійна сила індукції

При зміні сили струму в провіднику виникає електрорушійна сила індукції, пропорційна індуктивності котушки та швидкості зміни сили струму:

.

Електрорушійна сила індукції завжди направлена так, щоб протидіяти зміні сили струму. При зростанні сили струму, е.р.с. індукції намагається сповільнити його, при зменшенні, навпаки, підтримує струм в провіднику. Цим пояснюються інерційні властивості котушки інтенсивності та її використання у фільтрах низьких частот.

Реактивний опір

При проходженні через котушку змінного струму вона має реактивний опір:

,

де - частота струму.

Котушка, як будь-який провідник, має також активний опір, що визначається довжиною і товщиною дроту, з якого вона намотана. Зазвичай, активний опір котушки бажано зробити якомога меншим, оскільки він впливає на характеристики котушки, й саме на ньому при проходженні струму виділяється тепло за законом Джоуля-Ленца, що призводить до втрат енергії.