למה זה כך שמשתיל יוצר מתח גבוה ולא זרם גבוה?
כאשר סולנואיד מתמוטט (לדוגמה, כאשר מפסק בסולנואיד פתאום נפתח), הוא מפיק מתח גבוה במקום זרם גבוה. ניתן להסביר זאת על ידי התכונות הבסיסיות של הסולנואיד ומנגנון אחסון האנרגיה שלו. להלן הסבר מפורט:
התכונות הבסיסיות של סולנואיד
התכונה היסודית של סולנואיד יכולה לבוא לידי ביטוי בנוסחה הבאה:
כאשר:
V הוא המתח על הסולנואיד.
L הוא ההשראות של הסולנואיד.dI/dt הוא קצב שינוי הזרם לפי הזמן.
נוסחה זו מצביעה על כך שהמתח על הסולנואיד פרופורציונלי לקצב שינוי הזרם. במילים אחרות, סולנואיד מתנגד לשינויים מהירים בזרם.
אחסון אנרגיה
סולנואיד מאחסן אנרגיה כשהזרם עובר דרכו, והאנרגיה הזו מאוחסנת בשדה המגנטי. האנרגיה
E המאוחסנת בסולנואיד יכולה לבוא לידי ביטוי בנוסחה הבאה:
כאשר:
E היא האנרגיה המאוחסנת.
L היא ההשראות.
I הוא הזרם העובר דרך הסולנואיד.
כאשר המפסק נפתח
כאשר מפסק בסולנואיד פתאום נפתח, הזרם לא יכול לרדת מיד ל-0 כי לשדה המגנטי בסולנואיד יש צורך בזמן כדי לשחרר את האנרגיה המאוחסנת בו. מכיוון שהזרם אינו יכול לשנות באופן מיידי, הסולנואיד מנסה לשמור על זרימת הזרם הנוכחית.
עם זאת, כיוון שמפסק נפתח, מסלול הזרם נחתך. הסולנואיד אינו יכול להמשיך לשמור על הזרם, ולכן הוא מפיק מתח גבוה מאוד בין הקצוות שלו. המתח הגבוה הזה מנסה להכריח את הזרם להמשיך לזרום, אך מכיוון שהمدار נחתך, הזרם אינו יכול לעבור, והסולנואיד משחרר את האנרגיה המאוחסנת בו באמצעות המתח הגבוה.
הסבר מתמטי
לפי הקשר בין המתח לזרם בסולנואיד V=L（dI/dt）כאשר המפסק פתאום נפתח, הזרם I חייב לרדת ל-0 במהירות רבה. זה אומר שקצב שינוי הזרם dI/dt נהיה גדול מאוד, מה שמביא למתח גבוה מאוד V.
اهرة מעשית
במעגלים מעשיים, המתח הגבוה יכול לגרום לפיצוצים או לנזק לעצמים אחרים במעגל. כדי למנוע זאת, מחברים לעיתים דיודה (נקראת דיודה חזרה או דיודה חופשית) במקביל לסולנואיד. זה מאפשר לזרם להמשיך לזרום דרך הדיודה כאשר המפסק נפתח, ובכך מונעים היווצרות מתחים גבוהים מדי.
סיכום
כאשר מפסק בסולנואיד פתאום נפתח, מופק מתח גבוה במקום זרם גבוה כי הסולנואיד מנסה לשמור על זרימת הזרם הנוכחית. עם זאת, מכיוון שהמעגל נחתך, הזרם אינו יכול להמשיך לזרום, והסולנואיד משחרר את האנרגיה המאוחסנת בו על ידי יצירת מתח גבוה. המתח הגבוה נובע מקצב שינוי הזרם dI/dt הגדול מאוד.
