Цепи

RL-цепь

Ток катушки нарастает к E/R (τ = L/R)

RL-цепь — интерактивная симуляция (Цепи). Ток катушки нарастает к E/R (τ = L/R) Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.

Нарастание тока в RL

Ток катушки растёт к ε/R с постоянной времени τ = L/R.

Катушка индуктивности противодействует изменениям тока своей ЭДС самоиндукции. Спустя долгое время ток устанавливается на ε/R.

• τ = L/R
• I(t) → ε/R

Краткое описание исследования

Спланируйте вопрос до открытия лаборатории

Краткое описание повторяет предрендеренную страницу: движущий вопрос, конкурирующие прогнозы, роли переменных, определяющие законы, ход работы, анализ и задания для развития остаются видимыми и в этом порядке.

Движущий вопрос

Катушка индуктивности и резистор подключены к батарее 10 V. Прыгает ли ток мгновенно к конечному значению или нарастает постепенно, как напряжение заряжающегося конденсатора?

Прогнозы для взвешивания

• Ток нарастает постепенно, следуя тому же экспоненциальному приближению, что и напряжение RC-цепи.
• Ток мгновенно прыгает к E/R.
• Ток колеблется перед установлением.

Роли переменных

Что вы задали:

• Время t (s)

Что вы измеряете:

• Постоянная времени τ (s)
• Ток катушки I (A)

Как идёт исследование

1. Откройте пресет rl-circuit и нажмите «Сброс». R = 10 Ω; L = 1 H — постоянная времени τ = L/R = 0.1 с; батарея подаёт 10 В.
2. Включите показание тока катушки.
3. Нажмите Play и запишите ток катушки в каждый указанный момент.

Определяющее уравнение

Постоянная времени RL — τ = L/R

Постоянная времени τ = L/R задаёт масштаб экспоненциального нарастания (или спада) тока в RL-цепи. Больше индуктивность или меньше сопротивление — больше τ: катушка сильнее сопротивляется изменениям тока.

Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести

• Для одной пробы вычислите I = (E/R)(1 − e^(−t/τ)) при E = 10 В; R = 10 Ω; τ = 0.1 с. Сравните с таблицей.
• Объясните, почему нарастание тока катушки (RL-цепь) следует той же математической форме, что и нарастание напряжения конденсатора (RC-цепь), хотя два элемента запасают энергию совершенно по-разному.

Где это проявляется за пределами лаборатории

• Определяющее поведение катушки индуктивности — противодействие любому ИЗМЕНЕНИЮ тока (а не самому току, как резистор). Объясните, почему ровно при t = 0 ток обязан начинаться точно с 0 А, хотя батарея уже подключена полностью.
• При внезапном разрыве цепи катушки с током (размыкании ключа) катушка пытается сохранить свой ток, что может создать большой всплеск напряжения (так работают катушки зажигания свечей). Объясните, почему прерывание пути тока катушки драматичнее прерывания резистора.

• 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. Добро пожаловать к RL-цепи
2. Нажмите Play
3. Выберите катушку
4. Ток нарастает
5. Откройте панель свойств
6. Готово!

Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.

Открыть интерактивную лабораторию →

Скачать рабочий лист →

Зарядка конденсатора и постоянная времени