인덕터에서 전류의 지연 (전구 두 개)

교육과정: APC, Sek II

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목표

회로를 연결할 때 인덕터가 전류의 증가를 어떻게 늦추는지 관찰합니다.

실험 장치

6 V 전압원과 스위치(열림). 6 V / 0.5 W 전구가 달린 두 개의 병렬 가지: 아래쪽 — 전구와 20 Ω 저항, 위쪽 — 전구와 권선 저항이 20 Ω인 100 H 인덕터.

실험 방법

1. 스위치를 닫고 두 전구를 관찰하세요.
2. 스위치를 여세요.
3. 인덕터의 매개변수 카드에서 인덕턴스를 10 H로 줄이고 같은 과정을 반복하세요.

예상 결과

저항이 있는 가지의 전구는 바로 켜지고, 인덕터가 있는 가지의 전구는 1~2초쯤 늦게 켜지며, 그 뒤에는 두 전구의 밝기가 같습니다. 두 가지의 저항이 같기 때문입니다. 스위치를 열면 두 전구는 약 0.5초에 걸쳐 함께 꺼집니다. 인덕터의 전류가 두 가지로 이루어진 고리를 따라 계속 흐르며 두 전구를 모두 지나기 때문입니다. 전류가 증가하는 시간은 약 \(L / R\)입니다. 10 H에서는 지연이 10분의 1로 줄어 약 0.1초가 되지만, 눈으로 여전히 알아볼 수 있습니다. 권선 저항이 20 Ω인 100 H 인덕터는 매우 큰 것입니다. 철심이 든 학교 실험용 인덕터는 \(L / R\)이 1초도 채 되지 않으며, 실제 실험 장치에서는 지연도 그만큼 짧습니다.

질문

1. 인덕터는 왜 전류가 순간적으로 증가하지 못하게 합니까?
2. 정상 상태에서 두 전구는 왜 똑같이 밝게 빛납니까?

답

1. 전류가 변하면 코일의 자기장이 변하면서 자체 유도 기전력을 유도하는데, 이 기전력은 변화율에 비례하고(\(L \cdot \Delta I / \Delta t\)) 변화를 방해하는 방향입니다. 전류가 갑자기 뛰려면 무한히 큰 기전력이 필요하므로, 전류는 약 \(L / R\)의 시간에 걸쳐 서서히 증가합니다. 이 실험 장치의 100 H에서는 1~2초입니다.
2. 정상 상태에서는 전류가 더 이상 변하지 않으므로 자체 유도 기전력이 없고, 인덕터는 20 Ω의 권선 저항으로만 작용합니다. 그러면 두 가지 모두 같은 전압에 전구와 20 Ω이 직렬로 연결된 셈이므로 전류와 밝기가 같습니다.