Mạch RL: Cuộn cảm chống lại sự thay đổi dòng điện đột ngột

1 · Dự đoán

Một cuộn cảm và điện trở được mắc vào nguồn điện 10V. Dòng điện có tăng ngay lập tức đến giá trị cuối cùng hay nó tăng dần giống như điện áp của tụ sạc?

2 · Thiết lập

  1. Mở cài đặt trước rl-circuit và nhấn Reset. R = 10 Ω, L = 1 H, cho hằng số thời gian τ = L/R = 0.1 s; nguồn cung cấp pin 10 V.
  2. Cho phép đọc dòng điện cảm.
  3. Nhấn Play và ghi lại dòng điện của cuộn cảm tại mỗi thời điểm được liệt kê.

3 · Thu thập dữ liệu

Thời gian t (s)Hằng số thời gian τ (s)Dòng điện cảm ứng I (A)
0.10
0.20
0.50

Vẽ biểu đồ dòng điện cuộn cảm I (trục y) so với thời gian t (trục x) cho ba lần đọc của bạn. Đường cong có phẳng dần khi tiến gần 1 A không?

4 · Phân tích

  1. Đối với một lần thử, hãy tính I = (E/R)(1 − e^(−t/τ)) sử dụng E = 10 V, R = 10 Ω, τ = 0.1 s. So sánh với bảng.
  2. Giải thích tại sao dòng điện tăng dần (mạch RL) hiện tại của cuộn cảm có hình dạng toán học giống như điện áp tăng dần (mạch RC) của tụ điện, mặc dù hai thành phần lưu trữ năng lượng hoàn toàn khác nhau.

5 · Gia hạn

  1. Hành vi xác định của cuộn cảm là chống lại bất kỳ THAY ĐỔI nào trong dòng điện (không chống lại chính dòng điện, giống như cách điện trở làm). Giải thích tại sao, ngay tại t = 0, dòng điện phải bắt đầu đúng tại 0 A mặc dù pin đã được kết nối đầy đủ.
  2. Khi mạch điện của cuộn cảm mang dòng điện đột ngột bị đứt (công tắc mở), cuộn cảm sẽ cố gắng duy trì dòng điện của nó, điều này có thể tạo ra sự tăng vọt điện áp lớn (đây là cách hoạt động của cuộn dây đánh lửa bugi). Giải thích tại sao việc cắt đường đi của cuộn cảm lại nghiêm trọng hơn việc cắt đường đi của điện trở.

Vật lý đằng sau thí nghiệm này

Hằng số thời gian RL

Hằng số thời gian τ = L/R đặt khoảng thời gian tăng (hoặc giảm) dòng điện theo cấp số nhân của mạch RL. Điện cảm lớn hơn hoặc điện trở nhỏ hơn có nghĩa là τ dài hơn - cuộn cảm chống lại sự thay đổi dòng điện mạnh hơn.

← Quay lại thử nghiệm