通电自感现象演示试验小灯泡延迟发光的条件

通电自感现象演示试验小灯泡延迟发光的条件

1．实验研究：由于小灯泡电阻无法调整，故我们将通电演示试验用可调电位器代替灯泡电阻，用发光二极管代替灯泡作显示。跟踪电路电流变化。．并将电路稍作调整让学生进行观察。

实验一电路如图l所示。电感支路。R0阻值4Ω当R2阻值调整为零时起限制电路最大电流的作用。电阻R1用于保护LED。防止电流过大损坏发光二极管。电感线圈L的匝数800，自电阻4n(图中虚线部分用于静态时两路发光平衡的对称调整，4Ω电阻与电感自身4n电阻对称)。将R2阻值调至零．接通电源开关观察。

实验现象：通电后虚线支路立刻发光．电感支路发光二极管具有明显的延时发光现象。

实验二装置同实验一。逐步将R2阻值增大，将丽路静态发光调平衡．重复上而的电源开关过程观察。

实验现象：可以看到电感支路发光延迟时间随阻值增大越来越短。在阻值较火时，开关接通两路发光管几乎同时发亮．眼睛几乎分辨不出还有延时过程发生。

上面两个实验说明能否看到自感的延时发光，和接入电阻值大小有密切关系。

实验三 电路如图2所示。将R2阻值重新调整为零。去掉电感线圈内的铁芯，接通电源观察。

实验现象：电感支路发光二极管看不出有任何延时发光的现象。

该实验说明通电自感的延时与电感L的大小有密切关系。

2．理论分析

上面的实验说明了通电延时现象和回路电阻、电感值的大小有关系，但能否看到延时发光的效果并非是有关系的必然结果。它只能在一定条件下才会出现。为简化分析我们忽略掉电源内阻影响，由于R2、R0阻值很小．二极管支路的影响可忽略不计。同时将电感阻值与后面电阻R2，R0合并为电阻R，电路如图3。接通电源时线圈在电流变化时相当于一个电源，它提供自感电动势e，根据图中标出的方向有：e=-Ldi／dt．根据基尔霍夫第二定律E-Ldi／dt=iR变形方程后积分并带入初始条件，化简后得i(1)=[1-e-(R/L)×t]，其中I=E／R。如将曲线图画出，它是一个从零开始按曲线上升类似锯齿波的曲线图，而这个曲线图的变化快慢完全取决于L／R的比值大小。L/R比值大，曲线上升缓慢，比值小上升速度快，如图4曲线所示。从曲线看出，增大UR比值或者说增大L减小R都能够凸显延时效果。但实际L不可能无限大，在铁芯有限体积的情况下增加绕组匝数固然可以增大电感。但在一定的几何体积内，绕组匝数的增加势必要减小线径，随之而来的却是绕组阻值的增大，R阻值增大相反又要降低延时效果，所以'定的铁芯必有一个合适的线径与匝数，使得电感数值在有限的几何尺寸范围内电感最大，而电阻又最小，这个匝数和线径将是这个被选定铁芯的最佳数值；减小电阻也是一种途径，但电阻的减小会导致稳态时电源电流增大，稳态电流最大值受电源最大电流供电能力限制，用Imax表示电源最大输出电流，电阻R最小值由下式决定：R>=E／Imax此值R是这个实验电感与显示等电阻的总阻值选取底线，不可低于这个值。

综上所述，要看到明显的延时演示现象．必须满足下列条件：足够的电感量L，足够小的回路电阻R，还有一个合适的显示方式配合。