مدار RL: سلف در برابر تغییر ناگهانی جریان میایستد
1 · پیشبینی
سلف و مقاومت به باتری 10 V وصلاند. جریان بیدرنگ به مقدار نهایی میجهد یا مثل ولتاژ خازنِ شارژشونده بهتدریج رشد میکند؟
- جریان بهتدریج رشد میکند، با همان رویکرد نمایی ولتاژ مدار RC.
- جریان بیدرنگ به E/R میجهد.
- جریان پیش از آرامگرفتن نوسان میکند.
2 · آمادهسازی
- پیشتنظیمی rl-circuit را باز کنید و Reset را بفشارید. R = 10 Ω و L = 1 H که ثابت زمانی τ = L/R = 0.1 s میدهد؛ باتری 10 V میدهد.
- قرائت جریان سلف را فعال کنید.
- Play بفشارید و جریان سلف را در هر زمان فهرستشده ثبت کنید.
3 · گردآوری داده
| زمان t (s) | ثابت زمانی τ (s) | جریان سلف I (A) |
|---|---|---|
| 0.10 | ||
| 0.20 | ||
| 0.50 |
برای سه قرائت، جریان سلف I (محور y) را بر حسب زمان t (محور x) رسم کنید. آیا منحنی با نزدیکشدن به 1 A صاف میشود؟
4 · تحلیل
- برای یک آزمایش، I = (E/R)(1 − e^(−t/τ)) را با E = 10 V و R = 10 Ω و τ = 0.1 s حساب کنید. با جدول مقایسه کنید.
- توضیح دهید چرا رشد جریان سلف (مدار RL) همان شکل ریاضی رشد ولتاژ خازن (مدار RC) را دارد، با آنکه دو جزء انرژی را کاملاً متفاوت ذخیره میکنند.
5 · گسترش
- رفتار تعیینکنندهٔ القاگر، مخالفت با هر تغییر جریان است (نه مخالفت با خود جریان، آنگونه که مقاومت میکند). توضیح دهید چرا درست در t = 0 جریان باید دقیقاً از 0 A آغاز شود، حتی وقتی باتری کاملاً وصل است.
- وقتی مدار سلفِ حامل جریان ناگهان قطع شود (کلید باز شود)، سلف میخواهد جریانش را نگه دارد و میتواند جهش ولتاژ بزرگی بسازد (شمع جرقهای همینطور کار میکند). توضیح دهید چرا قطعکردن مسیر جریان سلف دراماتیکتر از مقاومت است.
فیزیک پشت این آزمایش
ثابت زمانی RL
ثابت زمانی τ = L/R مقیاس زمانی رشد نمایی (یا افت) جریان در مدار RL را تعیین میکند. القایندگی بزرگتر یا مقاومت کوچکتر یعنی τ بلندتر — القاگر قویتر در برابر تغییر جریان مقاومت میکند.