Самоіндукція під час розмикання

Програми: APC, Sek II

Відкрити повну версію ↗

Мета

Спостерігати ЕРС самоіндукції під час розмикання кола, що містить котушку індуктивності.

Установка

Джерело 6 В, вимикач (замкнений) і котушка індуктивності 20 Гн з опором обмотки 50 Ом; паралельно до котушки — лампочка 6 В / 0,5 Вт. Котушка набирає свій струм за кілька секунд після відкриття досліду: близько 0,12 А, у 1,4 раза більше за струм лампочки (0,083 А).

Хід роботи

1. Зачекайте кілька секунд, поки струм котушки не встановиться.
2. На панелі інструментів установіть швидкість годинника симуляції ×0.1, щоб спалах було легше побачити, розімкніть вимикач і спостерігайте за лампочкою.
3. Поверніть швидкість ×1, замкніть вимикач, знову зачекайте кілька секунд і розімкніть його.

Очікуваний результат

Після розмикання вимикача лампочка спалахує втричі яскравіше, ніж зазвичай, і гасне за десяті частки секунди (на швидкості ×0.1 — за кілька секунд). Котушка підтримує свій струм, і він тече через лампочку — близько 0,12 А, у 1,4 раза більше за її номінальний струм; напруга на лампочці на мить зростає приблизно до 9,3 В — вище, ніж у джерела. Котушку дібрано так, щоб її струм був лише трохи більший за струм лампочки: з котушкою, яка набирає втричі більший струм, лампочка перегоріла б під час першого ж розмикання вимикача.

Запитання

1. Звідки береться енергія спалаху?
2. Навіщо паралельно до обмотки реле вмикають діод?

Відповіді

1. З магнітного поля котушки. За струму 0,12 А вона накопичує \(W = L \cdot I^2 / 2\) = 20 · 0,12² / 2 ≈ 0,14 Дж; після розмикання вимикача ця енергія підтримує струм через лампочку і перетворюється на теплоту і світло в нитці розжарення та на теплоту в обмотці опором 50 Ом.
2. Коли реле вимикають, його котушка підтримує свій струм, як і котушка в цій установці. Якщо цьому струму нікуди текти, напруга самоіндукції зростає настільки, що між контактами вимикача проскакує іскра або пробивається транзистор, який керує котушкою. Діод, у звичайному режимі ввімкнений у зворотному напрямку, дає струму замкнений контур навколо котушки — цю роль в установці виконує лампочка, — тож на вимикачі напруга лише трохи перевищує напругу живлення.