วงจร RL ตัวเหนี่ยวนำต้านการเปลี่ยนกระแสฉับพลัน

1 · ทำนาย

ตัวเหนี่ยวนำกับตัวต้านทานต่อเข้าแบตเตอรี่ 10 V กระแสกระโดดไปค่าสุดท้ายทันที หรือค่อย ๆ เพิ่มเหมือนแรงดันตัวเก็บประจุที่กำลังชาร์จ

2 · จัดเตรียม

  1. เปิดพรีเซ็ท rl-circuit แล้วกดรีเซ็ต R = 10 Ω, L = 1 H ให้ค่าคงที่เวลา τ = L/R = 0.1 s แบตเตอรี่จ่าย 10 V
  2. เปิดค่าแสดงกระแสตัวเหนี่ยวนำ
  3. กดเล่นแล้วบันทึกกระแสตัวเหนี่ยวนำที่เวลาที่ระบุแต่ละค่า

3 · เก็บข้อมูล

เวลา t (s)ค่าคงที่เวลา τ (s)กระแสตัวเหนี่ยวนำ I (A)
0.10
0.20
0.50

พล็อตกระแสตัวเหนี่ยวนำ I (แกน y) กับเวลา t (แกน x) จากสามค่าที่อ่านได้ เส้นโค้งราบลงเมื่อเข้าใกล้ 1 A หรือไม่

4 · วิเคราะห์

  1. สำหรับหนึ่งรอบ จงคำนวณ I = (E/R)(1 − e^(−t/τ)) โดยใช้ E = 10 V, R = 10 Ω, τ = 0.1 s เทียบกับตาราง
  2. อธิบายว่าเหตุใดการไต่ขึ้นของกระแสในตัวเหนี่ยวนำ (วงจร RL) จึงมีรูปทางคณิตศาสตร์เดียวกับการไต่ขึ้นของแรงดันตัวเก็บประจุ (วงจร RC) ทั้งที่องค์ประกอบทั้งสองเก็บพลังงานต่างกันโดยสิ้นเชิง

5 · ต่อยอด

  1. พฤติกรรมเฉพาะตัวของตัวเหนี่ยวนำคือต่อต้านการ 'เปลี่ยนแปลง' ของกระแส (ไม่ใช่ต่อต้านตัวกระแสเองอย่างตัวต้านทาน) จงอธิบายว่าทำไมที่ t = 0 พอดี กระแสจึงต้องเริ่มที่ 0 A พอดี แม้แบตเตอรี่ต่ออยู่เต็มระบบ
  2. เมื่อวงจรของตัวเหนี่ยวนำที่มีกระแสถูกตัดฉับพลัน (เปิดสวิตช์) ตัวเหนี่ยวนำพยายามคงกระแสไว้ ซึ่งสร้างไฟฟ้าแรงดันสูงกระชากได้ (คอยล์จุดหัวเผาเครื่องยนต์ทำงานแบบนี้) อธิบายว่าเหตุใดการตัดเส้นทางกระแสของตัวเหนี่ยวนำจึงรุนแรงกว่าของตัวต้านทาน

ฟิสิกส์เบื้องหลังการทดลองนี้

ค่าคงที่เวลา RL

ค่าคงที่เวลา τ = L/R กำหนดสเกลเวลาของการเพิ่ม (หรือลด) ของกระแสแบบเอกซ์โพเนนเชียลในวงจร RL ค่าความเหนี่ยวนำที่ใหญ่ขึ้นหรือความต้านทานที่เล็กลง หมายถึง τ ที่ยาวขึ้น ตัวเหนี่ยวนำต่อต้านการเปลี่ยนแปลงกระแสได้แรงกว่า

← กลับไปการทดลอง