RL верига: бобината се съпротивлява на резки промени на тока

1 · Предскажи

Бобина и резистор са свързани към батерия 10 V. Скача ли токът мигновено на крайната си стойност, или се изкачва постепенно като напрежението на зареждащ кондензатор?

2 · Постановка

  1. Отвори настройката RL верига и натисни Нулирай. R = 10 Ω, L = 1 H, давайки времева константа τ = L/R = 0.1 s; батерията доставя 10 V.
  2. Включи показанието за ток през бобината.
  3. Натисни Пусни и запиши тока на бобината на всяко изброено време.

3 · Събери данни

Време t (s)Времева константа τ (s)Ток през бобината I (A)
0.10
0.20
0.50

Чертай тока на бобината I (ос y) спрямо времето t (ос x) за трите си отчитания. Изравнява ли се кривата, когато приближава 1 A?

4 · Анализирай

  1. За един опит изчисли I = (E/R)(1 − e^(−t/τ)) с E = 10 V, R = 10 Ω, τ = 0.1 s. Сравни с таблицата.
  2. Обясни защо изкачването на тока през бобина (RL верига) следва същата математическа форма като изкачването на напрежението на кондензатор (RC верига), макар двата компонента да съхраняват енергия по коренно различен начин.

5 · Надгради

  1. Определящото поведение на бобината е да се противопоставя на всяка ПРОМЯНА на тока (не на самия ток, както резисторът). Обясни защо, точно при t = 0, токът трябва да тръгне от точно 0 A, макар батерията да е напълно включена.
  2. Когато веригата на бобина с ток внезапно се прекъсне (ключът се отвори), бобината се опитва да поддържа тока си, което може да създаде голям скок на напрежение (така работят запалителните бобини). Обясни защо прекъсването на пътя на тока през бобина е по-драматично от прекъсването на резистор.

Физиката зад този експеримент

RL времева константа

Времевата константа τ = L/R задава времевия мащаб на експоненциалното покачване (или затихване) на тока в RL верига. По-голяма индуктивност или по-малко съпротивление означава по-дълго τ — бобината по-силно се съпротивлява на промени в тока.

← Назад към експеримента

Вериги

138 безплатни работни листа по физика за печат