Virtapiirit

RL-piiri

Kelan virta nousee kohti arvoa E/R (τ = L/R)

RL-piiri – interaktiivinen Virtapiirit-simulaatio. Kelan virta nousee kohti arvoa E/R (τ = L/R) Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.

RL-virran nousu

Kelan virta kasvaa kohti arvoa ε/R aikavakiolla τ = L/R.

Kela vastustaa virran muutoksia takaisin-EMF:nsä avulla. Pitkän ajan kuluttua virta asettuu arvoon ε/R.

• τ = L/R
• I(t) → ε/R

Tutkimustiivistelmä

Suunnittele kysymys ennen laboratorion avaamista

Tiivistelmä vastaa esirendattua sivua: tutkimuskysymys, kilpailevat ennusteet, muuttujien roolit, hallitsevat lait, kokoonpano sekä analyysi- ja laajennuskysymykset pysyvät näkyvissä tässä järjestyksessä.

Tutkimuskysymys

Kela ja vastus on kytketty 10 V paristoon. Hyppääkö virta välittömästi loppuarvoonsa, vai nouseeko se asteittain kuin latautuvan kondensaattorin jännite?

Punniteltavat ennusteet

• Virta nousee asteittain, samaa eksponentiaalista lähestymistapaa kuin RC-piirin jännite.
• Virta hyppää välittömästi arvoon E/R.
• Virta värähtelee ennen asettumistaan.

Muuttujien roolit

Mitä asetat:

• Aika t (s)

Mitä mittaat:

• Aikavakio τ (s)
• Kelan virta I (A)

Miten tutkimus etenee

1. Avaa RL-piiri-esiasetus ja paina Nollaa. R = 10 Ω, L = 1 H, antaen aikavakion τ = L/R = 0.1 s; paristo toimittaa 10 V.
2. Ota käyttöön kelan virran lukema.
3. Paina Toista ja kirjaa kelan virta jokaisena listattuna ajankohtana.

Hallitseva yhtälö

RL-aikavakio — τ = L/R

Aikavakio τ = L/R määrää RL-piirin eksponentiaalisen virran nousun (tai laskun) ajaskaalan. Suurempi induktanssi tai pienempi resistanssi tarkoittaa pidempää τ:ää – kela vastustaa voimakkaammin virran muutoksia.

Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään

• Yhdelle suoritukselle laske I = (E/R)(1 − e^(−t/τ)) arvoilla E = 10 V, R = 10 Ω, τ = 0.1 s. Vertaa taulukkoon.
• Selitä, miksi kelan virran nousu (RL-piiri) noudattaa samaa matemaattista muotoa kuin kondensaattorin jännitteen nousu (RC-piiri), vaikka kaksi komponenttia varastoivat energiaa täysin eri tavalla.

Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella

• Kelaa määrittävä käyttäytyminen on MUUTOKSEN vastustaminen (ei virran itsensä vastustaminen, kuten vastus tekee). Selitä, miksi juuri kohdassa t = 0 virran on aloitettava täsmälleen arvosta 0 A, vaikka paristo olisi täysin kytketty.
• Kun virtaa kantavan kelan piiri katkaistaan äkillisesti (kytkin avataan), kela yrittää ylläpitää virtaansa, mikä voi luoda suuren jännitepiikin (näin sytytyspuolan kipinäkärjet toimivat). Selitä, miksi kelan virtareitin katkaiseminen on dramaattisempaa kuin vastuksen.

• AP Physics 2 — Unit 11: Electric Circuits
• AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 11: Electric Circuits
• IB Physics — B.5 Current and circuits
• General High School Physics — Electricity & DC circuits
• NGSS High School Physics — Electric current and magnetic fields

1. Tervetuloa RL-piiriin
2. Paina Toista
3. Valitse kela
4. Virta kääntyy ylös
5. Avaa Ominaisuudet-paneeli
6. Onnistuit!

Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.

Avaa interaktiivinen laboratorio →

Lataa työarkki →

Kondensaattorin lataus ja aikavakiot