通電自感現(xiàn)象演示試驗(yàn)小燈泡延遲發(fā)光的條件

通電自感現(xiàn)象演示試驗(yàn)小燈泡延遲發(fā)光的條件

1．實(shí)驗(yàn)研究：由于小燈泡電阻無(wú)法調(diào)整，故我們將通電演示試驗(yàn)用可調(diào)電位器代替燈泡電阻，用發(fā)光二極管代替燈泡作顯示。跟蹤電路電流變化。．并將電路稍作調(diào)整讓學(xué)生進(jìn)行觀察。

實(shí)驗(yàn)一電路如圖l所示。電感支路。R0阻值4Ω當(dāng)R2阻值調(diào)整為零時(shí)起限制電路最大電流的作用。電阻R1用于保護(hù)LED。防止電流過大損壞發(fā)光二極管。電感線圈L的匝數(shù)800，自電阻4n(圖中虛線部分用于靜態(tài)時(shí)兩路發(fā)光平衡的對(duì)稱調(diào)整，4Ω電阻與電感自身4n電阻對(duì)稱)。將R2阻值調(diào)至零．接通電源開關(guān)觀察。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：通電后虛線支路立刻發(fā)光．電感支路發(fā)光二極管具有明顯的延時(shí)發(fā)光現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)二裝置同實(shí)驗(yàn)一。逐步將R2阻值增大，將麗路靜態(tài)發(fā)光調(diào)平衡．重復(fù)上而的電源開關(guān)過程觀察。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：可以看到電感支路發(fā)光延遲時(shí)間隨阻值增大越來(lái)越短。在阻值較火時(shí)，開關(guān)接通兩路發(fā)光管幾乎同時(shí)發(fā)亮．眼睛幾乎分辨不出還有延時(shí)過程發(fā)生。

上面兩個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明能否看到自感的延時(shí)發(fā)光，和接入電阻值大小有密切關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)三 電路如圖2所示。將R2阻值重新調(diào)整為零。去掉電感線圈內(nèi)的鐵芯，接通電源觀察。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：電感支路發(fā)光二極管看不出有任何延時(shí)發(fā)光的現(xiàn)象。

該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明通電自感的延時(shí)與電感L的大小有密切關(guān)系。

2．理論分析

上面的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了通電延時(shí)現(xiàn)象和回路電阻、電感值的大小有關(guān)系，但能否看到延時(shí)發(fā)光的效果并非是有關(guān)系的必然結(jié)果。它只能在一定條件下才會(huì)出現(xiàn)。為簡(jiǎn)化分析我們忽略掉電源內(nèi)阻影響，由于R2、R0阻值很?。O管支路的影響可忽略不計(jì)。同時(shí)將電感阻值與后面電阻R2，R0合并為電阻R，電路如圖3。接通電源時(shí)線圈在電流變化時(shí)相當(dāng)于一個(gè)電源，它提供自感電動(dòng)勢(shì)e，根據(jù)圖中標(biāo)出的方向有：e=-Ldi／dt．根據(jù)基爾霍夫第二定律E-Ldi／dt=iR變形方程后積分并帶入初始條件，化簡(jiǎn)后得i(1)=[1-e-(R/L)×t]，其中I=E／R。如將曲線圖畫出，它是一個(gè)從零開始按曲線上升類似鋸齒波的曲線圖，而這個(gè)曲線圖的變化快慢完全取決于L／R的比值大小。L/R比值大，曲線上升緩慢，比值小上升速度快，如圖4曲線所示。從曲線看出，增大UR比值或者說(shuō)增大L減小R都能夠凸顯延時(shí)效果。但實(shí)際L不可能無(wú)限大，在鐵芯有限體積的情況下增加繞組匝數(shù)固然可以增大電感。但在一定的幾何體積內(nèi)，繞組匝數(shù)的增加勢(shì)必要減小線徑，隨之而來(lái)的卻是繞組阻值的增大，R阻值增大相反又要降低延時(shí)效果，所以'定的鐵芯必有一個(gè)合適的線徑與匝數(shù)，使得電感數(shù)值在有限的幾何尺寸范圍內(nèi)電感最大，而電阻又最小，這個(gè)匝數(shù)和線徑將是這個(gè)被選定鐵芯的最佳數(shù)值；減小電阻也是一種途徑，但電阻的減小會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)態(tài)時(shí)電源電流增大，穩(wěn)態(tài)電流最大值受電源最大電流供電能力限制，用Imax表示電源最大輸出電流，電阻R最小值由下式?jīng)Q定：R>=E／Imax此值R是這個(gè)實(shí)驗(yàn)電感與顯示等電阻的總阻值選取底線，不可低于這個(gè)值。

綜上所述，要看到明顯的延時(shí)演示現(xiàn)象．必須滿足下列條件：足夠的電感量L，足夠小的回路電阻R，還有一個(gè)合適的顯示方式配合。
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