Схемы RL

Физика > Схемы RL

 

Схема RL представлена индуктором и резистором, подключенных последовательно или параллельно.

Задача обучения

  • Охарактеризовать связь тока и напряжения в цепи RL и вычислить возможную сбереженную энергию в катушке индуктивности.

Основные пункты

  • Сохраненная энергия в индукторе: Для накопления энергии необходимо время.
  • Если резистор и индуктор подключены последовательно, то ток задается как Итоговый ток = I0.
  • Постоянная времени: τ = L/R (R – сопротивление, а L – индуктивность). Это время, необходимое для тока в цепи, только что закрытой для перехода от нуля к 0.632⋅I0.
  • Если отключить источник напряжения от индуктора, ток распадется: В первом временном интервале ток падает с 1/e до 0.368⋅I0.

Термины

  • Характерная постоянная времени – обозначается как τ = L/R.
  • Индуктор – прибор или составляющая схемы, демонстрирующая значительную самоиндукцию.

Схемы RL

Эта схема состоит из резистора и индуктора в последовательном или параллельном подключении. Индукцией именуют процесс, в котором ЭДС индуцируется через перемены в магнитном потоке. Взаимная индуктивность – активация закона Фарадея одного прибора на другой, а самоиндукция – эффект на себя.

Энергия индуктора

Индукторы сопротивляются перемене тока (закон Ленца). Поэтому на эту ситуацию стоит смотреть с позиции энергии. Она сберегается в магнитном поле. Чтобы накопить определенный запас и потратить его, нужно время. То есть, быстрые изменения вызовут сопротивление. В индукторе магнитное поле располагается в прямой пропорциональности току и индуктивности прибора. Вычисляется по формуле:

Индукторы в цепях

Ток в индукторе может включиться и выключиться мгновенно. Подобная перемена в магнитном потоке создает ЭДС, вступающей в сопротивление к изменению. Как долго это продлится? На нижнем рисунке изображена схема подключения, которую можно использовать для проверки тока, основываясь на времени.

(а) Схема с переключателем для тока. Он включается, когда в позиции 1 аккумулятор, резистор и индуктор пребывают в последовательности. В позиции 2 снимается батарея, и ток прекращается. (b) – График роста тока, основываясь на времени, когда переключатель оказывается в позиции 1. Распадается в 2

Когда переключатель находится в позиции 1, ток = 0, но в итоге он поднимется до I0 = V/R (R – полное сопротивление цепи, а V – напряжение батареи). Индуктор оказывает сопротивление сильнее всего в начале. Это индуцированная ЭДС, падающая к нулю. Можно описать через:

Это ток в цепи при включении. Начальный равен нулю и приближается к I0 – V/R с характерной постоянной времени:

τ = L/R.

В первый временной промежуток ток поднимается от нуля к 0.632I0, потому что I = I0 (1 - e-1) = I0 (1 - 0.368) = 0.632I0. В следующий раз остаток тока достигнет 0.632.

Характерное время основывается на двух моментах: индуктивность и сопротивление. Чем сильнее индуктивность, тем больше влияет. Чем меньше сопротивление (R), тем больше τ.

Когда переключатель (а) смещается в позицию 2 и отключает батарею из цепи, ток уменьшается из-за того, что резистор рассеивает энергию. Но и этот процесс не проходит стремительно, потому что индуктор сопротивляется резкому сокращению тока. В нем также есть определенное количество энергии, рассеиваемое с конечной скоростью. По мере падения к нулю, скорость снижения замедляется, потому что скорость диссипации энергии = I2R. В итоге, получаем:

(с) – В первый период времени τ = L/R после закрытия коммутатора, а ток снижается до 0.388 от изначального значения, потому что I = I0e-1 = 0.368I0. В каждом последующем времени ток опускается до 0.368 от предыдущего значения, а в нескольких кратных τ приближается к нулю.


Раздел Физика

Магнитный поток, индукция и закон Фарадея
Цепи переменного тока
Применение индукционных и электромагнитных волн
Магнитные поля и прогноз Максвелла

Космос | Лунный календарь | Знаки Зодиака | Натальная карта | Сонник | Телескопы
V-kosmose.com, 2014-2017 гг. Все права защищены.