تأخر التيار في ملف الحث (مصباحان)

المناهج: APC, Sek II

فتح المختبر الكامل ↗

الهدف

ملاحظة كيف يؤخر ملف الحث نمو التيار عند تشغيل الدائرة.

التجهيز

مصدر 6 V ومفتاح (مفتوح). فرعان على التوازي فيهما مصباحا 6 V / 0.5 W: في الأسفل مصباح ومقاومة 20 Ω، وفي الأعلى مصباح وملف حث 100 H مقاومة ملفه 20 Ω.

خطوات العمل

1. أغلق المفتاح وراقب المصباحين.
2. افتح المفتاح.
3. في بطاقة معاملات ملف الحث، خفّض الحث إلى 10 H وكرّر التجربة.

النتيجة المتوقعة

يضيء المصباح الموصول بالمقاومة فورًا؛ ويضيء المصباح الموصول بملف الحث بعده بنحو ثانية إلى ثانيتين، ثم يتساوى سطوعهما: مقاومتا الفرعين متساويتان. بعد فتح المفتاح ينطفئ المصباحان معًا خلال نحو نصف ثانية: يستمر تيار ملف الحث في السريان في الحلقة المكوّنة من الفرعين ويمر في المصباحين كليهما. زمن نمو التيار نحو \(L / R\). عند 10 H يصبح التأخير أقصر بعشر مرات، نحو عُشر ثانية، لكن العين ما زالت تلاحظه. ملف حث 100 H مقاومة ملفه 20 Ω كبير جدًا: في ملفات الحث المدرسية ذات القلب الحديدي تكون \(L / R\) جزءًا من الثانية، والتأخير على منضدة حقيقية قصير بالقدر نفسه.

الأسئلة

1. لماذا يمنع ملف الحث التيار من النمو لحظيًا؟
2. لماذا يتوهج المصباحان بالسطوع نفسه في الحالة المستقرة؟

الإجابات

1. عندما يتغير التيار يتغير المجال المغناطيسي للملف فيولّد قوة دافعة كهربائية للحث الذاتي تتناسب مع معدل التغير، \(L \cdot \Delta I / \Delta t\)، وتعاكس التغير. القفزة المفاجئة تحتاج إلى قوة دافعة كهربائية لا نهائية، لذلك ينمو التيار تدريجيًا خلال زمن قدره نحو \(L / R\): ثانية إلى ثانيتين مع 100 H على هذه المنضدة.
2. في الحالة المستقرة لا يتغير التيار، فلا توجد قوة دافعة كهربائية للحث الذاتي، ولا يبقى من ملف الحث إلا مقاومة ملفه 20 Ω. عندئذ يحوي كل من الفرعين مصباحًا على التوالي مع 20 Ω تحت الجهد نفسه، فيتساوى التياران والسطوع.