الحث الذاتي عند فتح الدائرة

المناهج: APC, Sek II

الهدف¶

ملاحظة القوة الدافعة الكهربائية للحث الذاتي عند فتح دائرة فيها ملف حث.

التجهيز¶

مصدر 6 V ومفتاح (مغلق) وملف حث 20 H مقاومة ملفه 50 Ω؛ وعلى التوازي مع ملف الحث مصباح 6 V / 0.5 W. يبني ملف الحث تياره في ثانيتين تقريبًا بعد فتح المنضدة: نحو 0.12 A، أي 1.4 ضعف تيار المصباح (0.083 A).

خطوات العمل¶

انتظر ثانيتين تقريبًا حتى يستقر تيار ملف الحث.
اضبط سرعة ساعة المحاكاة في شريط الأدوات على ×0.1 ليسهل رؤية الومضة، ثم افتح المفتاح وراقب المصباح.
أعد السرعة إلى ×1، وأغلق المفتاح، وانتظر ثانيتين تقريبًا مرة أخرى ثم افتحه.

النتيجة المتوقعة

بعد فتح المفتاح يومض المصباح أسطع من المعتاد بثلاث مرات وينطفئ خلال أعشار من الثانية (عند ×0.1 خلال ثانيتين تقريبًا). يحافظ ملف الحث على تياره، فيسري في المصباح، نحو 0.12 A، أي 1.4 ضعف تياره المقنن؛ ويرتفع الجهد على المصباح لحظيًا إلى نحو 9.3 V، أعلى من جهد المصدر. اختير ملف الحث بحيث يكون تياره أكبر قليلًا فقط من تيار المصباح: مع ملف حث يبني تيارًا أكبر بثلاث مرات كان المصباح سيحترق عند أول فتح للمفتاح.

الأسئلة¶

من أين تأتي طاقة الومضة؟
لماذا يوصل دايود على التوازي مع ملف المرحّل؟

الإجابات

من المجال المغناطيسي لملف الحث. عند 0.12 A يخزن \(W = L \cdot I^2 / 2\) = 20 · 0.12² / 2 ≈ 0.14 J؛ وبعد فتح المفتاح تُبقي هذه الطاقة التيار ساريًا في المصباح، وتتحول إلى حرارة وضوء في الفتيل وإلى حرارة في الملف ذي المقاومة 50 Ω.
عند فصل المرحّل يُبقي ملفه تياره ساريًا، كما يفعل ملف الحث على هذه المنضدة. وإن لم يجد هذا التيار مسارًا، يرتفع جهد الحث الذاتي بما يكفي لإحداث شرارة بين ملامسات المفتاح أو لانهيار الترانزستور الذي يشغّل الملف. والدايود، المنحاز عكسيًا في التشغيل العادي، يمنح التيار حلقة مغلقة حول الملف، وهو ما يؤديه المصباح على هذه المنضدة، فلا يتعرض المفتاح إلا لجهد أعلى قليلًا من جهد التغذية.