ID: 00017085
Резистор R и катушка индуктивности L с железным сердечником подключены к источнику тока, как показано на схеме (см. рис.). Первоначально ключ K замкнут, показания амперметров A_1 и A_2 равны соответственно I_1 = 1 А и I_2 = 0{,}1 А.
Что произойдёт с величиной и направлением тока через резистор после размыкания ключа K? Ответ поясните, указав, какие явления и законы вы использовали для объяснения.
Источник: Сборник Гиголо
Главный герой здесь — катушка с её самоиндукцией. Через катушку течёт ток, а с ним связан запасённый в её магнитном поле «разгон». По правилу Ленца катушка не даёт току измениться скачком: оборвать ток в катушке мгновенно нельзя, она будет его поддерживать. Вот вокруг этого и строится ответ.
Пока ключ замкнут, резистор и катушка подключены к источнику параллельно (как ветви). Через резистор шёл ток I_1 = 1 А, через катушку — I_2 = 0{,}1 А, каждый в свою сторону по своей ветви.
После размыкания ключа источник отключается, и резистор с катушкой остаются вдвоём в одной замкнутой петле — теперь они соединены последовательно. Благодаря самоиндукции (\varepsilon_{si} = -L\dfrac{\Delta I}{\Delta t}) ток в катушке не может прыгнуть до нуля: он плавно продолжается со своего значения I_2 = 0{,}1 А.
Раз цепь теперь последовательная, через резистор пойдёт тот же ток, что и через катушку, то есть около 0{,}1 А. Но катушка гонит его по петле в другую сторону, чем шёл прежний ток источника через резистор, — поэтому ток через резистор меняет направление на противоположное и быстро становится примерно равным I_2 = 0{,}1 А. Затем энергия катушки расходуется на нагрев резистора, и ток плавно спадает до нуля.
Ответ: сразу после размыкания ток через резистор меняет направление на противоположное, скачком достигает примерно 0,1 А, а потом плавно убывает до нуля.
Из-за самоиндукции ток в катушке не может оборваться мгновенно. Сразу после размыкания ключа ток через резистор меняет направление на противоположное и достигает примерно I₂ = 0,1 А, а затем плавно спадает до нуля.