Wohin geht die im Induktor gespeicherte Energie beim Öffnen des Schalters?

Dies ist eine Situation, in der die einfachen Regeln nicht ausreichen. Sie können diese Schaltung einfach nicht mehr analysieren, als Sie x+2=x+3 lösen können. Was in der realen Welt passiert, ist, dass der Induktor genug EMK erzeugt, um einen Funken im Schalter zu bilden. Dadurch verhält sich der Schalter nicht mehr wie ein idealer Schalter.

In der realen Welt nennen wir diesen Effekt "Flyback". Es kann Komponenten beschädigen, daher entwerfen wir normalerweise Schaltungen, um dies zu verhindern. Beispielsweise ist es üblich, bei großen Motoren einen Flyback-Widerstand parallel zur Induktivität zu sehen. Es gibt dem Strom irgendwo hin.

TL; DR: Jeder reale Schaltkreis hat eine Kapazität, daher abklingende RLC-Oszillationen.

Allgemeine Punkte
Es gibt zwei allgemeine Punkte, die man aus dieser Frage lernen kann:

• Jedes Modell in der Physik (und darüber hinaus) hat seine Grenzen der Anwendbarkeit. Wenn ein Modell außerhalb dieser Grenzen verwendet wird, versagt es.
• Das Modell muss die Realität korrekt widerspiegeln.

Was passiert hier?
Hier haben wir es mit einer konzentrierten Schaltungsbeschreibung zu tun , die die elementarste Art ist, elektromagnetische Phänomene zu beschreiben, und oft versagt, wenn wir anfangen, nach den Vorgängen zu fragen, die tatsächlich in der Schaltung ablaufen.

Tatsächlich sagt uns die Elektrodynamik, dass der Strom in der Spule nicht sofort stoppen kann und das Magnetfeld nicht sofort verschwinden wird. Und unser Alltag mit einem Computer-Netzteil, dessen Licht wenige Augenblicke nach dem Abziehen erlischt, ist eine gute experimentelle Bestätigung dafür. Tatsächlich ist dies ein Fall für jeden Leistungstransformator, der allgegenwärtig ist.

Auf der Seite dessen, was im Modell fehlt, könnte man eine Konduktanz des Schalters ungleich Null (wie in der anderen Antwort vorgeschlagen) oder eine kleine, aber endliche Kapazität der gesamten Schaltung vorschlagen , die im Modell fehlt. Betrachten Sie eine RLC-Schaltung mit einem Strom, der anfänglich nicht Null ist, und wir werden sehen, wie er allmählich abfällt, obwohl die Schaltung getrennt ist.

Anmerkung: Streukapazitäten und -induktivitäten spielen eine bedeutende Rolle in elektrischen Stromleitungen. Historisch gesehen wurden sie entdeckt, als lange Telegrafen- und Telefonleitungen verlegt wurden, insbesondere die transatlantischen Kabel. Dies führte zur Formulierung der Telegrapher-Gleichungen durch Oliver Heaviside.

Die induktive Energie wird dissipiert, indem an den Schalteranschlüssen ein Funke erzeugt wird. Der Kern des Funkens ist ein Faden aus sehr heißem, ionisiertem Gas, das mit einem Teil der Energie Licht und Geräusche und mit dem Rest der Energie Wärme im Gas erzeugt. Somit wird Energie gespart.

Wenn ein Induktor eine bestimmte Menge an gespeicherter Flussenergie enthält und später keine mehr, muss die gesamte gespeicherte Energie innerhalb des Induktors in eine andere Energieform (wahrscheinlich Wärme) und / oder in einige Formen umgewandelt werden von Energie (die Flussmittel enthalten kann und mit ziemlicher Sicherheit Wärme enthalten wird), die an anderer Stelle gespeichert ist. Die einzige Möglichkeit, die erzeugte Wärmemenge zu minimieren, besteht darin, die Energie in eine andere Form als Wärme umzuwandeln (z. B. durch Speichern in einem Kondensator).

Eine wichtige Sache, die hier zu erkennen ist, was ich bei anderen Antworten nicht bemerkt habe, ist, dass die Geschwindigkeit, mit der ein Schaltelement öffnet, beeinflussen kann, wie viel Energie als Wärme innerhalb dieses bestimmten Schaltelements abgeführt wird, aber die gesamte Energie geht zu irgendwohin gehen , und der einzige wirksame Weg, um zu verhindern, dass es irgendwohin zerstreut wird, wo man es nicht haben möchte, besteht darin, einen anderen Ort bereitzustellen, an dem es stattdessen hingehen kann.

Der Strom hört nicht auf. Aber es verlässt auch nicht das Ende des Induktors. Der Grund dafür, dass die Spannung am Ende des Induktors ansteigt, ist, dass Elektronen aufgrund des Magnetfelds, das sich nicht auflösen kann, auf diese Weise gezwungen werden. Die Spannung am Ende des Induktors steigt also gegen unendlich, da sich dort Elektronen komprimieren. Aber der Induktor ist nicht allein im Universum. Es wird immer eine gewisse Kapazität zu etwas geben, egal wie klein. Das Medium innerhalb dieser Kapazität wird durch die zunehmende Spannung belastet (es sei denn, es handelt sich um ein perfektes Vakuum). Schließlich wird das elektrische Feld so stark, dass das Gewebe des Mediums zusammenbricht und Strom vom Ende des Induktors durch es fließt. Die Spannung am Ende des Induktors fällt, wenn der Strom fließt und das Magnetfeld des Induktors abgebaut wird.