Електричні кола

RL-коло

Струм котушки зростає до E/R (τ = L/R).

RL-коло — інтерактивне моделювання: Електричні кола. Струм котушки зростає до E/R (τ = L/R). Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.

Наростання струму в RL

Струм котушки зростає до ε/R зі сталою часу τ = L/R.

Котушка протидіє змінам струму через свою проти-ЕРС. Після тривалого часу струм осідає на ε/R.

• τ = L/R
• I(t) → ε/R

Короткий опис дослідження

Сплануйте запитання, перш ніж відкрити лабораторію

Короткий відповідає передрендереній сторінці: рушійне запитання, конкуруючі прогнози, ролі змінних, керівні закони, установка, аналіз і підсилення лишаються видимими та в цьому порядку.

Рушійне запитання

Котушку індуктивності та резистор під'єднано до батареї 10 V. Струм стрибає миттєво до кінцевого значення чи наростає поступово, як напруга заряджаного конденсатора?

Прогнози для зважування

• Струм наростає поступово за тим самим експоненційним законом, що й напруга RC-кола.
• Струм стрибає миттєво до E/R.
• Струм коливається перед заспокоєнням.

Ролі змінних

Що ви задаєте:

• Час t (s)

Що ви вимірюєте:

• Стала часу τ (s)
• Струм котушки I (A)

Як проходить дослідження

1. Відкрийте пресет RL-кола та натисніть «Скинути». R = 10 Ω, L = 1 H, даючи сталу часу τ = L/R = 0.1 с; батарея дає 10 V.
2. Увімкніть показ струму котушки.
3. Натисніть «Запустити» та запишіть струм котушки в кожен указаний момент.

Керівне рівняння

Стала часу RL — τ = L/R

Стала часу τ = L/R задає масштаб часу експоненційного наростання (або спадання) струму RL-кола. Більша індуктивність або менший опір означає довшу τ — котушка сильніше протидіє змінам струму.

Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити

• Для одного заміру обчисліть I = (E/R)(1 − e^(−t/τ)) з E = 10 V, R = 10 Ω, τ = 0.1 с. Порівняйте з таблицею.
• Поясніть, чому наростання струму котушки (RL-коло) має ту саму математичну форму, що й наростання напруги конденсатора (RC-коло), хоча два компоненти запасають енергію зовсім по-різному.

Де це трапляється за межами лабораторії

• Визначальна поведінка котушки — протидія будь-якій ЗМІНІ струму (не протидія самому струму, як у резистора). Поясніть, чому саме при t = 0 струм мусить стартувати точно з 0 A, хоча батарея повністю під'єднана.
• Коли коло котушки зі струмом раптово розривають (перемикач відкрито), котушка намагається утримати свій струм, що може створити великий стрибок напруги (так працюють запальні котушки свічок). Поясніть, чому переривання шляху струму котушки драматичніше за переривання 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. Вітаємо в RL-колі
2. Натисніть «Запустити»
3. Виберіть котушку
4. Струм наростає
5. Відкрийте панель властивостей
6. У вас вийшло!

Відкрийте інтерактивне моделювання, щоб зібрати сцену, натиснути «Запустити» та дослідити з живими вимірюваннями й керованим заняттям.

Відкрити інтерактивну лабораторію →

Завантажити лабораторний аркуш →

Заряджання конденсатора та стала часу