Запізнювання струму в котушці (дві лампочки)

Програми: APC, Sek II

Відкрити повну версію ↗

Мета

Спостерігати, як котушка індуктивності затримує наростання струму під час увімкнення кола.

Установка

Джерело 6 В і вимикач (розімкнений). Дві паралельні вітки з лампочками 6 В / 0,5 Вт: нижня — лампочка і резистор 20 Ом, верхня — лампочка і котушка індуктивності 100 Гн з опором обмотки 20 Ом.

Хід роботи

1. Замкніть вимикач і спостерігайте за обома лампочками.
2. Розімкніть вимикач.
3. У картці параметрів котушки зменште індуктивність до 10 Гн і повторіть дослід.

Очікуваний результат

Лампочка з резистором засвічується відразу; лампочка з котушкою засвічується приблизно на одну-дві секунди пізніше, а після цього їхня яскравість однакова: опори віток рівні. Після розмикання вимикача обидві лампочки гаснуть разом, приблизно за півсекунди: струм котушки й далі тече контуром, утвореним двома вітками, і проходить через обидві лампочки. Час наростання струму — близько \(L / R\). З 10 Гн затримка вдесятеро коротша — близько десятої частки секунди, але око ще може її помітити. Котушка 100 Гн з обмоткою 20 Ом дуже велика: у шкільних котушок із залізним осердям \(L / R\) становить частку секунди, і затримка на справжній установці така ж коротка.

Запитання

1. Чому котушка індуктивності не дає струму зрости миттєво?
2. Чому в усталеному режимі лампочки світять однаково яскраво?

Відповіді

1. Коли струм змінюється, змінюється магнітне поле котушки, і воно індукує ЕРС самоіндукції, пропорційну швидкості зміни, \(L \cdot \Delta I / \Delta t\), і напрямлену проти цієї зміни. Для раптового стрибка потрібна була б нескінченно велика ЕРС, тому струм зростає поступово, за час близько \(L / R\): в установці зі 100 Гн — за одну-дві секунди.
2. В усталеному режимі струм уже не змінюється, тому ЕРС самоіндукції немає, і котушка діє як обмотка опором 20 Ом. Тоді в обох вітках лампочка з’єднана послідовно з опором 20 Ом під тією самою напругою, тому струми і яскравість однакові.