Hvorfor er det slik at en spole produserer høy spenning og ikke høy strøm?

Når en spole kollapser (for eksempel når en bryter i spolekretsen plutselig åpnes), produserer den høy spenning snarere enn høy strøm. Dette kan forklares ved de grunnleggende egenskapene til en spole og dens energilagringsmekanisme. Her er en detaljert forklaring:

Grunnleggende Egenskaper av en Spole

Den grunnleggende egenskapen til en spole kan uttrykkes gjennom følgende formel:

der:

V er spenningen over spolen.

L er induktansen til spolen. dI/dt er endringshastigheten til strømmen med hensyn på tid.

Denne formelen indikerer at spenningen over spolen er proporsjonal med endringshastigheten til strømmen. Med andre ord, motsetter seg spolen rask endring i strøm.

Energilagring

En spole lagrer energi når strøm flyter gjennom den, og denne energien lagres i det magnetiske feltet. Energien E som lagres i en spole kan uttrykkes gjennom følgende formel:

der:

• E er den lagrede energien.

• L er induktansen.

• I er strømmen som flyter gjennom spolen.

Når Bryteren Åpnes

Når en bryter i spolekretsen plutselig åpnes, kan ikke strømmen umiddelbart synke til null fordi det magnetiske feltet i spolen trenger tid til å slippe ut den lagrede energien. Siden strømmen ikke kan endre seg umiddelbart, forsøker spolen å opprettholde den eksisterende strømflyten.

Men siden bryteren er åpnet, er banen for strømmen brutt. Spolen kan ikke fortsette å opprettholde strømmen, så den genererer en veldig høy spenning over sine terminaler. Denne høye spenningen prøver å tvinge strømmen til å fortsette å flyte, men siden kretsen er brudd, kan strømmen ikke passere, og spolen slipper ut den lagrede energien gjennom den høye spenningen.

Matematisk Forklaring

Ifølge spenning-strøm-relasjonen for en spole V=L(dI/dt) når bryteren plutselig åpnes, må strømmen I synke til null veldig raskt. Dette betyr at endringshastigheten til strømmen dI/dt blir veldig stor, noe som resulterer i en veldig høy spenning V.

Praktisk Fenomen

I praktiske kretser kan denne høye spenningen føre til gnistutslipp eller skade andre komponenter i kretsen. For å unngå dette, kobles ofte en diode (kjent som en flyback-diode eller frihjulsdiode) parallelt med spolen. Dette tillater at strømmen kan fortsette å flyte gjennom dioden når bryteren åpnes, slik at det unngås å generere for høye spenninger.

Sammendrag

Når en bryter i en spolekrets plutselig åpnes, produseres en høy spenning snarere enn en høy strøm fordi spolen forsøker å opprettholde den eksisterende strømflyten. Men siden kretsen er brudd, kan strømmen ikke fortsette å flyte, og spolen slipper ut den lagrede energien ved å generere en høy spenning. Denne høye spenningen skyldes den veldig store endringshastigheten til strømmen dI/dt.