通電自感現象演示試驗小燈泡延遲發光的條件

1．實驗研究：由于小燈泡電阻無法調整，故我們將通電演示試驗用可調電位器代替燈泡電阻，用發光二極管代替燈泡作顯示。跟蹤電路電流變化。．并將電路稍作調整讓學生進行觀察。

實驗一電路如圖l所示。電感支路。R0阻值4Ω當R2阻值調整為零時起限制電路最大電流的作用。電阻R1用于保護LED。防止電流過大損壞發光二極管。電感線圈L的匝數800，自電阻4n(圖中虛線部分用于靜態時兩路發光平衡的對稱調整，4Ω電阻與電感自身4n電阻對稱)。將R2阻值調至零．接通電源開關觀察。

實驗現象：通電后虛線支路立刻發光．電感支路發光二極管具有明顯的延時發光現象。

實驗二裝置同實驗一。逐步將R2阻值增大，將麗路靜態發光調平衡．重復上而的電源開關過程觀察。

實驗現象：可以看到電感支路發光延遲時間隨阻值增大越來越短。在阻值較火時，開關接通兩路發光管幾乎同時發亮．眼睛幾乎分辨不出還有延時過程發生。

上面兩個實驗說明能否看到自感的延時發光，和接入電阻值大小有密切關系。

實驗三 電路如圖2所示。將R2阻值重新調整為零。去掉電感線圈內的鐵芯，接通電源觀察。

實驗現象：電感支路發光二極管看不出有任何延時發光的現象。

該實驗說明通電自感的延時與電感L的大小有密切關系。

2．理論分析

上面的實驗說明了通電延時現象和回路電阻、電感值的大小有關系，但能否看到延時發光的效果并非是有關系的必然結果。它只能在一定條件下才會出現。為簡化分析我們忽略掉電源內阻影響，由于R2、R0阻值很小．二極管支路的影響可忽略不計。同時將電感阻值與后面電阻R2，R0合并為電阻R，電路如圖3。接通電源時線圈在電流變化時相當于一個電源，它提供自感電動勢e，根據圖中標出的方向有：e=-Ldi／dt．根據基爾霍夫第二定律E-Ldi／dt=iR變形方程后積分并帶入初始條件，化簡后得i(1)=[1-e-(R/L)×t]，其中I=E／R。如將曲線圖畫出，它是一個從零開始按曲線上升類似鋸齒波的曲線圖，而這個曲線圖的變化快慢完全取決于L／R的比值大小。L/R比值大，曲線上升緩慢，比值小上升速度快，如圖4曲線所示。從曲線看出，增大UR比值或者說增大L減小R都能夠凸顯延時效果。但實際L不可能無限大，在鐵芯有限體積的情況下增加繞組匝數固然可以增大電感。但在一定的幾何體積內，繞組匝數的增加勢必要減小線徑，隨之而來的卻是繞組阻值的增大，R阻值增大相反又要降低延時效果，所以'定的鐵芯必有一個合適的線徑與匝數，使得電感數值在有限的幾何尺寸范圍內電感最大，而電阻又最小，這個匝數和線徑將是這個被選定鐵芯的最佳數值；減小電阻也是一種途徑，但電阻的減小會導致穩態時電源電流增大，穩態電流最大值受電源最大電流供電能力限制，用Imax表示電源最大輸出電流，電阻R最小值由下式決定：R>=E／Imax此值R是這個實驗電感與顯示等電阻的總阻值選取底線，不可低于這個值。

綜上所述，要看到明顯的延時演示現象．必須滿足下列條件：足夠的電感量L，足夠小的回路電阻R，還有一個合適的顯示方式配合。
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