دائرة RL: محث يقاوم التغيرات المفاجئة للتيار
1 · توقّع
محث ومقاومة موصولان ببطارية 10 V. هل يقفز التيار فورًا إلى قيمته النهائية، أم يتصاعد تدريجيًا كجهد مكثف يشحن؟
- يتصاعد التيار تدريجيًا، بالاقتراب الأُسّي نفسه كجهد دائرة RC.
- يقفز التيار فورًا إلى E/R.
- يتذبذب التيار قبل الاستقرار.
2 · التجهيز
- افتح مسبق دائرة RL واضغط إعادة الضبط. R = 10 Ω و L = 1 H، معطيًا ثابت زمن τ = L/R = 0.1 s؛ تزود البطارية 10 V.
- فعّل قراءة تيار المحث.
- اضغط تشغيل وسجل تيار المحث عند كل زمن مدرج.
3 · اجمع البيانات
| الزمن t (s) | ثابت الزمن τ (s) | تيار المحث I (A) |
|---|---|---|
| 0.10 | ||
| 0.20 | ||
| 0.50 |
ارسم تيار المحث I (المحور y) مقابل الزمن t (المحور x) لقراءاتك الثلاث. هل يتفلطح المنحنى اقترابًا من 1 A؟
4 · حلّل
- لمحاولة واحدة، احسب I = (E/R)(1 − e^(−t/τ)) باستخدام E = 10 V و R = 10 Ω و τ = 0.1 s. قارن بالجدول.
- اشرح لماذا يتبع تصاعد تيار المحث (دائرة RL) الشكلَ الرياضي نفسه الذي يتبعه تصاعد جهد المكثف (دائرة RC)، رغم أن المكونين يخزنان الطاقة تخزينًا مختلفًا تمامًا.
5 · وسّع
- سلوك الملف الحثي المميز هو معارضة أي تغير في التيار (لا معارضة التيار نفسه، كما تفعل المقاومة). اشرح لماذا، عند t = 0 تمامًا، يجب أن يبدأ التيار عند 0 A بالضبط رغم أن البطارية موصولة كليًا.
- عند قطع دائرة محث يمر بها تيار فجأة (فتح مفتاح)، يحاول المحث الحفاظ على تياره، فينشأ جهد عالٍ كبير (هكذا تعمل محثات إشعال شمعات الاحتراق). اشرح لماذا قطع مسار تيار المحث أدراماتيكيًا من قطع مسار مقاومة.
الفيزياء خلف هذه التجربة
ثابت الزمن RL
يحدد ثابت الزمن τ = L/R مقياس زمن الارتفاع (أو الاضمحلال) الأسي لتيار دائرة RL. حث أكبر أو مقاومة أصغر تعني τ أطول — يقاوم الملف الحثي تغيرات التيار بقوة أكبر.