Warum ändert sich der Strom durch einen Induktor, wenn der Induktor die Änderung des Flusses durch ihn nicht mag?

Objekte mit Masse neigen dazu, (aufgrund von Trägheit) Änderungen ihrer Geschwindigkeit zu widerstehen. Aber das bedeutet nicht, dass nichts jemals eine Beschleunigung erfährt. Es ist die gleiche Geschichte hier.

Wenn wir sagen "eine Spule mag keine Stromänderungen" oder "eine Spule widersteht Stromänderungen", meinen wir nicht, dass sich der Strom durch die Spule überhaupt nicht ändern kann. Wir meinen nur, dass es eine Energieübertragung geben muss, damit die Veränderung stattfindet.

In Ihrem Beispiel muss die gespeicherte magnetische Energie im Induktor als Wärme im Widerstand abgeführt werden, damit sich der Induktorstrom ändert.

Ich erwarte keine mathematischen oder energiesparenden Argumente als Antworten auf meine Frage.

Ich erwarte eine mikroskopische Erklärung in der Schaltung (dh was genau in den Drähten und im Widerstand passiert) und eine intuitive Erklärung, um die Phänomene zu verstehen.

Wenn Strom von der Induktivität durch den Widerstand fließt, entsteht gemäß dem Ohmschen Gesetz eine Spannung über dem Widerstand. Aufgrund der Art und Weise, wie sie verbunden sind, erscheint genau dieselbe Spannung über der Induktivität. Da alles, was nötig ist, um den Strom durch die Spule zu ändern, eine Spannung an ihren Anschlüssen ist, wissen wir jetzt, dass sich der Strom der Spule proportional zu dieser Spannung ändert.

Der Induktor kann nicht gewinnen!

Wenn sich der Strom ändert, ändert sich auch der mit dem Induktor verbundene magnetische Fluss, eine EMK wird induziert, die einen Strom erzeugt, der dem sich ändernden Strom, der ihn erzeugt, entgegengesetzt ist - Faraday und Lenz.

Sie erhalten eine endlose Sequenz, wenn der Induktor die Stromänderung stoppen würde, keine EMK induziert würde und es keinen Widerstand gegen eine Stromänderung geben würde, sodass sich der Strom ändern kann, und dann erzeugt die induzierte EMK einen Strom, der die Stromänderung stoppt, damit sich der Strom ändern kann ändern . . . . . . . . . .

Zuerst ist hier ein Beispiel für eine Schaltung, die so funktioniert, wie Sie es beschreiben.

Wir sagen, dass der Schalter lange offen war, das heißt, bevor der Schalter bei schließt$t=0$, befindet sich die Schaltung im stationären Gleichstromzustand (alle Spannungen und Ströme sind zeitlich konstant).

Da der Strom durch den Induktor konstant ist, ist der magnetische Fluss, der den Induktor durchfädelt, konstant und somit gibt es keine induktive EMK. Dies bedeutet, dass die Spannung an den Induktoranschlüssen Null ist und die Spannung an der Stromquelle nur die Spannung am Widerstand ist

In dem Moment nach dem Schließen des Schalters ist der Strom durch die Induktivität still$I_0$aber jetzt ist die Spannung über der Induktivität (Anschluss ganz links, markiert mit dem$+$Symbol) ist

Das ist nur KVL; Die Spannung über dem geschlossenen (idealen) Schalter ist (per Definition) Null, und daher muss die Summe der Spannungen über der Induktivität und dem Widerstand Null sein.

Daher muss eine Induktor-EMK vorhanden sein, deren Größe gleich der Spannung über der Induktivität ist. Und daraus folgt, da die EMK des Induktors nicht Null ist, dass sich der magnetische Fluss, der den Induktor durchfädelt, ändern muss . Wenn Sie das Vorzeichen berechnen, folgt weiter, dass der Fluss abnimmt , dh der Induktorstrom abnimmt.

Wenn der Strom abnimmt, nimmt die Spannung über dem Widerstand ab, was bedeutet, dass die Größe der induzierten EMK ebenfalls abnimmt, was bedeutet, dass der Strom langsamer abnimmt. Das Ergebnis ist die bekannte exponentielle Abnahme des Induktorstroms.

Mikroskopisch gesehen kann der (ideale) Leiter, aus dem der Induktor besteht, kein elektrisches Feld im Inneren aufrechterhalten. Wenn also eine Spannung über der Induktivität anliegt (wie es sein muss, wenn Strom durch den Widerstand parallel zur Induktivität fließt), muss ein induziertes elektrisches Feld vorhanden sein, das das angelegte Feld (innerhalb des Leiters) genau aufhebt. Dieses induzierte elektrische Feld ist notwendigerweise mit einem sich ändernden Strom durch den Induktor verbunden.

Nebenbei bemerkt, wenn der Induktor aus einem nicht idealen Leiter mit einem Widerstand ungleich Null besteht, gibt es tatsächlich ein elektrisches Feld innerhalb des Leiters, das mit dem (mikroskopischen) Ohmschen Gesetz übereinstimmt$\vec j = \sigma \vec E$. In diesem Fall kann die EMK des Induktors das angelegte elektrische Feld innerhalb des Leiters nicht genau aufheben. Wir können dies jedoch mit einer idealen Induktivität in Reihe mit einem idealen Widerstand modellieren$r_L$um den Nicht-Null-Widerstand der Induktorwicklungen darzustellen. Die Anschlussspannung des Induktors ist dann aufgrund des zusätzlichen Spannungsabfalls höher als die induzierte EMK$r_L$.