Ich nehme eine 12-Volt-Batterie, nehme einen starken Elektromagneten und zünde ihn an.
Ich berühre dann die beiden Anschlüsse, die derzeit verbunden sind, einen Anschluss der Batterie und einen Anschluss des Elektromagneten.
Wenn ich die Klemme des Elektromagneten von einer Klemme der Batterie trenne, während ich meinen Daumen immer noch über die Klemme des Elektromagneten und der Batterie lege, erhalte ich einen kleinen Schock.
Ich weiß, dass der Induktor beim Trennen eine höhere Spannung abgibt, aber warum?
•Das Magnetfeld wird mit einem Induktor mit X Windungen induziert, wenn die Batterie angeschlossen ist.
• Die Batterie wird nun freigegeben, und das Magnetfeld schließt sich und induziert einen Strom auf dem Induktor mit der Anzahl X Windungen.
Hier bin ich verwirrt - beide X haben die gleiche Anzahl von Windungen, daher ein Verhältnis von 1 zu 1. Warum liegen bei derselben Spannungsquelle, einer 12-Volt-Batterie, unterschiedliche Spannungen an?
Sich ändernde Ströme in einem Induktor führen zu Änderungen des magnetischen Flusses in dem Induktor. Da sich dann der Fluss ändert, ändert sich die induzierte Spannung. Darum
Wenn Sie also die Induktivität trennen, ändert sich der Strom in sehr kurzer Zeit von dem, was er war, auf 0. Das Ergebnis sehr groß wird, wodurch die induzierte Spannung sehr groß wird.
Wenn Sie die Batterie abklemmen, bricht das Magnetfeld des Induktors zusammen. Dieses zusammenbrechende Magnetfeld erzeugt Strom. Da der Stromkreis jedoch offen ist, können die sich bewegenden Elektronen (Strom) nur am offenen Ende des Stromkreises angesammelt werden, wodurch eine Hochspannung erzeugt wird. Das ist der kleine Schock, den Sie gespürt haben.
Ein Induktor (L) hat immer eine parasitäre Kapazität (C) an seinen beiden Seiten – im Wesentlichen aufgrund der Verdrahtung und des Schalters zum Induktor. Dieser Induktor/Kondensator wird zu einem oszillierenden LC-Kreis mit einer Energie, die zwischen der eines Magnetfelds (Strom in dem Induktor) und einem elektrischen Feld (Spannung über dem Induktor) oszilliert. Machen Sie alles supraleitend, um für das Argument etwas unwesentliche Widerstandseffekte zu vermeiden. Bei Anfangsbedingungen eines bereits in der Induktivität fließenden Stroms I_0 (und einer unbedeutenden Ladung Q_0 auf dem Kondensator) wird der Schalter geöffnet. Bevor der Funke auftritt, wird eine große Strom-/Spannungsoszillation zwischen den beiden Seiten des Induktors mit einer enormen Kreisfrequenz von omega = 1/sqrt(LC) aufgebaut. Ohne Funkenbildung zwischen den beiden Enden und ohne Widerstand im Stromkreis, die Amplitude der Schwingungen setzt sich fort mit Energie 1/2 LI^2 + 1/2 CV^2 konserviert. Dieser Ausdruck bezieht die Amplitude der Spannungsschwingung auf die Anfangsbedingungen (fast alle von I_0) und führt zu einer sehr großen Spitzenspannung V_p = L omega I_0. Die Oszillation bewirkt, dass die Spannung am Schalter in Richtung der Spitzenspannung anwächst, aber bevor sie diese Spitze erreicht, trifft sie auf die für den Durchbruch erforderliche Spannung, und es entsteht ein Funke.
Daniel Torke