четверг, 27 января 2011 г.

Первый закон коммутации, ЭДС катушки.

Катушка индуктивности - элемент электрической цепи способный накапливать энергию. Заряженную катушку индуктивности можно сравнить с вращающимся маховиком, если представить что скорость вращения маховика - это ток протекающий в катушке а сила создаваемая маховиком - это напряжение катушки то из такой аналогии будет понятен первый закон коммутации согласно которому ток в катушке индуктивности не может измениться скачком (ток меняется плавно от момента коммутации до окончания переходного процесса (теоретически переходные процессы длятся бесконечно долго)). Из этой аналогии понятно  и возникновение ЭДС (электродвижущей силы) в катушке индуктивности при изменении в ней тока. Если попытаться раскрутить тяжёлый маховик и велосипедное колесо то будет заметно что маховик раскручивать тяжелее из за того что у него больше масса. Массу маховика можно сравнить с индуктивностью катушки. Индуктивность катушки - это коэффициент связывающий ЭДС катушки и изменение тока протекающего по ней во времени. Это можно выразить формулой:
формула выражающая ЭДС катушки индуктивности
   Где E - ЭДС катушки, L - индуктивность катушки, i - ток (в общем случае функция по которой можно определить какой ток будет в катушке в заданный момент времени t) катушки, t - время. 
   Эта формула напоминает второй закон Ньютона который можно выразить формулой:
формула выражающая второй закон Ньютона



   Чтобы опытным путём проверить первый закон коммутации можно собрать и исследовать схему:
схема для исследования первого закона коммутации
  В собранном виде может выглядеть так:

установка для исследования первого закона коммутации
   Вместо амперметра можно взять маломощную лампу накаливания или светодиод. На изображении в качестве катушки индуктивности используется обмотка трансформатора.
     Сначала включается ключ (выключатель) S1 который соединён последовательно с гальваническим элементом (батарейкой) G и амперметром (светодиодом, лампой и т. д.). После включения ключа S1 заметно постепенное увеличение тока в цепи. Если рассматривать бесконечно малые моменты времени непосредственно до коммутации (включения S1) и после то можно утверждать что токи катушки в эти моменты времени равны (это используется при расчётах цепей). После этого необходимо замкнуть ключ S2 (включить выключатель S2) потом разомкнуть ключ S1 (выключить выключатель S1) и последним разомкнуть ключ S2 (выключить выключатель S2) при этом не касаясь оголённых участков проводов. При отключении источника ЭДС от катушки индуктивности в местах разрыва контактов происходит увеличение сопротивления, но ток в катушке мгновенно измениться не может и следовательно он (ток) протекает по электрической дуге между контактами. Чтобы убедиться в этом можно подсоединять и отсоединять батарейку к катушке.
установка для исследования первого закона коммутации и ЭДС катушки

Комментариев нет:

Отправить комментарий