Катушка индуктивности
дроссель
Это понятие впервые встречается на программе «Разработка и инженерия для старшеклассников» — примерно 15-17 лет (9-11 класс).
Моток провода, который не даёт току меняться резко: разгоняет его плавно и не отпускает мгновенно. Запасает энергию в магнитном поле вокруг себя.
Тяжёлое водяное колесо в трубе: поток раскручивает его постепенно, а когда напор пропал, колесо по инерции ещё гонит воду.
Найти и показать катушки в трёх устройствах: обмотка мотора, катушка реле, дроссель на плате блока питания.
Провод, намотанный витками, часто на сердечнике: ток создаёт магнитное поле, и в нём запасается энергия. На резкое изменение тока катушка отвечает напряжением самоиндукции — поэтому при отключении катушки реле возникает выброс, и параллельно ей ставят защитный диод. Индуктивность измеряют в генри; ходовые значения — мкГн и мГн.
Показать на схеме подключения реле к Arduino через транзистор защитный диод и объяснить, что случится с транзистором, если диод убрать.
Элемент с индуктивностью L: u = L·di/dt, запасённая энергия E = L·I²/2. Для постоянного тока — почти провод (остаётся лишь сопротивление обмотки), для переменного — реактивное сопротивление X = 2πfL растёт с частотой, зеркально конденсатору. Применение: фильтры питания, LC-контуры, импульсные преобразователи. Краевые случаи: насыщение сердечника роняет индуктивность; выброс при коммутации без защитного диода или снаббера пробивает ключи.
Рассчитать энергию катушки 10 мГн при токе 0,5 А по E = L·I²/2 и объяснить, куда она уходит при размыкании цепи с защитным диодом и без него.
Частое заблуждение
«Катушка — просто моток провода, сопротивление крошечное, значит в схеме она ничего не делает». Нет: постоянный ток она пропускает почти свободно, но любое изменение тока тормозит и запасает энергию в магнитном поле.