Waarom produseer 'n spoel hoogspanning en nie 'n hoog stroom nie?
Wanneer 'n spoel instort (byvoorbeeld wanneer 'n skakelaar in die spoelsirkel plots oopgaan), produseer dit 'n hoë spanning eerder as 'n hoë stroom. Dit kan verduidelik word deur die basiese eienskappe van 'n spoel en sy energie-opslagmechanisme. Hier is 'n gedetailleerde verduideliking:
Basiese Eienskappe van 'n Spoel
Die fundamentele eienskap van 'n spoel kan uitgedruk word deur die volgende formule:
waar:
V die spanning oor die spoel is.
L die spoeling van die spoel is.dI/dt is die tempo van verandering van stroom met betrekking tot tyd.
Hierdie formule dui aan dat die spanning oor die spoel eweredig is aan die tempo van verandering van stroom. Met ander woorde, 'n spoel weerstaan snelle veranderings in stroom.
Energie Opslag
'n Spoel stoor energie wanneer stroom deur dit vloei, en hierdie energie word opgeslaan in die magneetveld. Die energie E opgeslaan in 'n spoel kan uitgedruk word deur die volgende formule:
waar:
E die opgeslaan energie is.
L die spoeling is.
I die stroom wat deur die spoel vloei, is.
Wanneer die Skakelaar Oopgaan
Wanneer 'n skakelaar in die spoelsirkel plots oopgaan, kan die stroom nie onmiddellik na nul val nie omdat die magneetveld in die spoel tyd nodig het om sy opgeslaan energie te vrygewe. Aangesien die stroom nie onmiddellik kan verander nie, probeer die spoel die bestaande stroomvloei handhaaf.
Tog, omdat die skakelaar oop is, is die pad vir die stroom afgesny. Die spoel kan die stroom nie langer handhaaf nie, so genereer dit 'n baie hoë spanning oor sy terminals. Hierdie hoë spanning probeer die stroom dwing om voort te vloei, maar aangesien die sirkel gebreek is, kan die stroom nie deurvloei nie, en die spoel gee sy opgeslaan energie vry deur die hoë spanning.
Wiskundige Verduideliking
Volgens die spannings-stroomverhouding van 'n spoel V=L（dI/dt）wanneer die skakelaar plots oopgaan, moet die stroom I baie vinnig na nul val. Dit beteken dat die tempo van verandering van stroom dI/dt baie groot word, wat lei tot 'n baie hoë spanning V.
Praktiese Verskynsel
In praktiese sirkels kan hierdie hoë spanning vonkvrymaking veroorsaak of ander komponente in die sirkel skade. Om dit te verhoed, word 'n diode (bekend as 'n flyback diode of freewheeling diode) dikwels parallel met die spoel geplaas. Dit laat toe dat die stroom deur die diode kan voortvloei wanneer die skakelaar oopgaan, en dus vermy dat te hoë spannings gegenereer word.
Opsomming
Wanneer 'n skakelaar in 'n spoelsirkel plots oopgaan, word 'n hoë spanning geproduseer eerder as 'n hoë stroom, omdat die spoel probeer om die bestaande stroomvloei te handhaaf. Tog, aangesien die sirkel gebreek is, kan die stroom nie voortvloei nie, en die spoel gee sy opgeslaan energie vry deur 'n hoë spanning te genereer. Hierdie hoë spanning is as gevolg van die baie groot tempo van verandering van stroom dI/dt.
