Waarom produceert een spoel een hoge spanning en niet een hoog stroomsterkte?

Wanneer een spoel instort (bijvoorbeeld wanneer een schakelaar in het spoelcircuit plotseling opent), produceert deze een hoge spanning in plaats van een hoge stroom. Dit kan worden verklaard door de basisprincipes van een spoel en haar energieopslagmechanisme. Hier is een gedetailleerde uitleg:

Basisprincipes van een Spoel

Het fundamentele kenmerk van een spoel kan worden uitgedrukt met de volgende formule:

waarbij:

V de spanning over de spoel is.

L de inductie van de spoel is.dI/dt is de snelheid van verandering van de stroom ten opzichte van de tijd.

Deze formule geeft aan dat de spanning over de spoel evenredig is met de snelheid van verandering van de stroom. Met andere woorden, een spoel weerstaat snelle veranderingen in de stroom.

Energieopslag

Een spoel slaat energie op wanneer er stroom doorheen stroomt, en deze energie wordt opgeslagen in het magnetische veld. De energie E die in een spoel is opgeslagen, kan worden uitgedrukt met de volgende formule:

waarbij:

• E de opgeslagen energie is.

• L de inductie is.

• I de stroom is die door de spoel stroomt.

Wanneer de Schakelaar Opent

Wanneer een schakelaar in het spoelcircuit plotseling opent, kan de stroom niet onmiddellijk tot nul dalen omdat het magnetische veld in de spoel tijd nodig heeft om de opgeslagen energie vrij te geven. Aangezien de stroom niet onmiddellijk kan veranderen, probeert de spoel de bestaande stroomstroom te handhaven.

Omdat de schakelaar echter is geopend, is de pad voor de stroom afgesneden. De spoel kan de stroom niet blijven handhaven, dus genereert hij een zeer hoge spanning over zijn aansluitingen. Deze hoge spanning probeert de stroom te laten doorgaan, maar aangezien het circuit is verbroken, kan de stroom niet doorstromen, en de spoel geeft de opgeslagen energie vrij via de hoge spanning.

Wiskundige Uitleg

Volgens de spanning-stroomrelatie van een spoel V=L（dI/dt）wanneer de schakelaar plotseling opent, moet de stroom I zeer snel naar nul dalen. Dit betekent dat de snelheid van verandering van de stroom dI/dt zeer groot wordt, wat resulteert in een zeer hoge spanning V.

Praktisch Fenomeen

In praktische circuits kan deze hoge spanning vonken veroorzaken of andere componenten in het circuit beschadigen. Om dit te voorkomen, wordt vaak een diode (bekend als een flyback-diode of freewheeling-diode) parallel met de spoel verbonden. Dit stelt de stroom in staat om door de diode te blijven stromen wanneer de schakelaar opent, waardoor het ontstaan van extreem hoge spanningen wordt voorkomen.

Samenvatting

Wanneer een schakelaar in een spoelcircuit plotseling opent, wordt een hoge spanning geproduceerd in plaats van een hoge stroom, omdat de spoel probeert de bestaande stroomstroom te handhaven. Omdat het circuit echter is verbroken, kan de stroom niet blijven stromen, en de spoel geeft de opgeslagen energie vrij door een hoge spanning te genereren. Deze hoge spanning is het gevolg van de zeer grote snelheid van verandering van de stroom dI/dt.