Dlaczego cewka wytwórz wysokie napięcie a nie wysoki prąd?

Gdy cewka się zrywa (na przykład, gdy przycisk w obwodzie cewki nagle się otworzy), powoduje to wysokie napięcie, a nie wysoką wartość prądu. Można to wyjaśnić podstawowymi właściwościami cewki i jej mechanizmem magazynowania energii. Oto szczegółowe wyjaśnienie:

Podstawowe Właściwości Cewki

Podstawową właściwość cewki można wyrazić za pomocą następującego wzoru:

gdzie:

V to napięcie na cewce.

L to indukcyjność cewki. dI/dt to tempo zmiany prądu względem czasu.

Ten wzór wskazuje, że napięcie na cewce jest proporcjonalne do tempa zmiany prądu. Innymi słowy, cewka opiera się szybkim zmianom prądu.

Magazynowanie Energi

Cewka magazynuje energię, gdy przez nią płynie prąd, a ta energia jest przechowywana w polu magnetycznym. Energia E przechowywana w cewce może być wyrażona za pomocą następującego wzoru:

gdzie:

• E to przechowywana energia.

• L to indukcyjność.

• I to prąd płynący przez cewkę.

Gdy Przycisk Otwiera

Gdy przycisk w obwodzie cewki nagle się otworzy, prąd nie może natychmiast spadnąć do zera, ponieważ pole magnetyczne w cewce potrzebuje czasu, aby uwolnić swoją przechowywaną energię. Ponieważ prąd nie może natychmiastowo zmienić się, cewka próbuje utrzymać istniejący przepływ prądu.

Jednakże, ponieważ przycisk został otwarty, ścieżka dla prądu jest przecięta. Cewka nie może kontynuować utrzymywania prądu, więc generuje bardzo wysokie napięcie na swoich zaciskach. To wysokie napięcie próbuje zmusić prąd do kontynuowania przepływu, ale ponieważ obwód jest przerwany, prąd nie może przejść, a cewka uwalnia swoją przechowaną energię poprzez wysokie napięcie.

Matematyczne Wyjaśnienie

Zgodnie z zależnością napięcie-prąd cewki V=L（dI/dt）gdy przycisk nagle się otworzy, prąd I musi bardzo szybko spadać do zera. Oznacza to, że tempo zmiany prądu dI/dt staje się bardzo duże, co powoduje bardzo wysokie napięcie V.

Praktyczny Zjawisko

W praktycznych obwodach to wysokie napięcie może powodować iskrzenie lub uszkodzenia innych komponentów w obwodzie. Aby temu zapobiec, często łączy się diodę (znaną jako dioda flyback lub dioda freewheeling) równolegle do cewki. Pozwala to prądowi kontynuować przepływ przez diodę, gdy przycisk się otworzy, unikając tym samym generowania zbyt wysokich napięć.

Podsumowanie

Gdy przycisk w obwodzie cewki nagle się otworzy, powstaje wysokie napięcie, a nie wysoka wartość prądu, ponieważ cewka próbuje utrzymać istniejący przepływ prądu. Jednak, ponieważ obwód jest przerwany, prąd nie może kontynuować przepływu, a cewka uwalnia swoją przechowaną energię, generując wysokie napięcie. To wysokie napięcie wynika z bardzo dużego tempa zmiany prądu dI/dt.