جواب آزمایش 4-2 صفحه 119 درس 4 فیزیک یازدهم ریاضی (القای الکترومغناطیسی و جریان متناوب)

تحلیل مشاهدات آزمایش

هنگام وصل کلید: لامپ نئون روشن نمی‌شود.

• دلیل: لامپ‌های نئون (لامپ فازمتر) برای روشن شدن و یونیزه شدن گاز داخلشان، به ولتاژ نسبتاً بالایی (معمولاً بالای ۷۰ ولت) نیاز دارند. ولتاژ ۹ ولتی باتری برای روشن کردن این لامپ اصلاً کافی نیست. در این حالت، جریان الکتریکی مستقیم از مدار عبور کرده و بیشتر از مسیر القاگر (که مقاومت اُهمی کمی دارد) می‌گذرد.

در لحظۀ قطع کلید: لامپ نئون برای یک لحظه کوتاه روشن شده و چشمک می‌زند!

چرایی ماجرا (تحلیل اثر خودـالقاوری)

دلیل این اتفاق شگفت‌انگیز، ویژگی ذاتی القاگرهاست. وقتی کلید را قطع می‌کنی، جریانی که از مدار عبور می‌کرد می‌خواهد به طور ناگهانی به صفر برسد.

۱ تغییر شدید شار مغناطیسی: قطع کردن کلید باعث تغییر بسیار سریع جریان مدار می‌شود. تغییر جریان، سبب تغییر میدان مغناطیسی القاگر و در نتیجه تغییر شدید شار مغناطیسی عبوری از آن می‌شود.

2 تولید ولتاژ القایی بزرگ: این تغییر شار مغناطیسی سبب القای نیروی محرکه‌ای در القاگر می‌شود که بنابر قانون لنز، با تغییر جریان (یعنی صفر شدن آن) مخالفت می‌کند. از آنجا که زمان قطع شدن کلید بسیار کوتاه است، آهنگ تغییر جریان بسیار بالا بوده و این ولتاژ القایی (نیروی محرکه) به شدت بزرگ می‌شود و می‌تواند به ده‌ها یا صدها ولت برسد!

3 روشن شدن لامپ: چون کلید قطع شده است، تنها مسیری که برای این جریان و ولتاژ بسیار بزرگ و لحظه‌ای وجود دارد، لامپ نئون است (چون لامپ و القاگر با هم موازی بسته شده‌اند). این ولتاژ بالا، برای یک لحظه کوتاه بر مقاومت گازِ داخل لامپ نئون غلبه کرده و آن را روشن می‌کند تا زمانی که انرژی ذخیره‌شده در میدان مغناطیسی القاگر کاملاً تخلیه شود.

این آزمایش به زیباترین شکل ممکن به ما نشان می‌دهد که القاگرها چگونه انرژی را در میدان مغناطیسی خود ذخیره می‌کنند و چطور با هرگونه تغییر سریع در جریان مدار سرسختانه مخالفت می‌کنند.