RL-цепь: катушка сопротивляется резким изменениям тока

1 · Прогноз

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

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

2 · Подготовка

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.

3 · Сбор данных

Постройте ток катушки I (ось y) против времени t (ось x) для трёх отсчётов. Кривая выполаживается при приближении к 1 A?

4 · Анализ

1. 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.
2. 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.

5 · Развитие

1. 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.
2. 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.

Физика этого эксперимента

← Вернуться к эксперименту