¿Cuál es la corriente a través de la lámpara?

Tenemos el siguiente circuito:

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Una lámpara de neón y un inductor están conectados en paralelo a una batería de 1.5 V . El inductor tiene 1000 bucles, una longitud de 5.0 C metro , un área de 12 C metro 2 y una resistencia de 3.2 Ω . La lámpara brilla cuando el voltaje es 80 V .

  • Cuando el interruptor está cerrado, B en el inductor es 1.2 × 10 2 T .

  • El flujo entonces es 1.4 × 10 5 W b

(calculado yo mismo, ambas aproximaciones).

Abres el interruptor. Durante 1.0 × 10 4 s hay inducción. Calcule qué tan grande es la corriente a través de la lámpara.

Mi libro de texto me da la siguiente respuesta:

tu i norte d = 1000 . 1.4 × 10 5 / 1.0 × 10 4 = 1.4 × 10 2 V .

I = tu / R t o t = 1.4 × 10 2 / ( 3.2 + 1.2 ) = 32 A

Mis preocupaciones:

  • Cómo lo sabemos 1.4 × 10 5 es | Δ ϕ | ? Este es el flujo en el inductor mientras el interruptor está cerrado, pero cuando lo abre, ¿la inducción no aumenta/disminuye el flujo? ¿O el flujo simplemente se convertirá en 0 y por lo tanto nos dará 1.4 × 10 5 ?

  • ¿Por qué tenemos que tomar el R t o t ? ¿Qué tiene que ver la resistencia del inductor con la lámpara?

pd: esta pregunta no se puede hacer en electronics SE, ya que su sitio no permite esa pregunta.

@PatEugene Jaja, estoy bastante seguro de que no debemos usar una ecuación diferencial dependiente del tiempo, ¡al menos no durante un par de años!
Sí, está bien, este problema es, como dije, un poco tonto. Parece que debe asumir que la corriente cae a cero en el tiempo dado y, por lo tanto, también lo hace el flujo. Esto te da la primera parte.

Respuestas (3)

Cuando cierra el interruptor, el inductor se "carga", ganando energía magnética y, por lo tanto, un flujo asociado. Cuando abre el interruptor, hay una energía potencial asociada con el inductor y, por lo tanto, se "descargará", generando una corriente en el circuito. Entonces, bajo el supuesto de que todo el flujo se descarga, entonces Δ ϕ será 1.4 × 10 5 W b .

Ahora que hay una corriente que fluye en el circuito, la corriente verá todas las resistencias en el circuito, no solo las que están frente a él (ya que el circuito está cerrado y las sumas de las fuentes y las caídas de potencial alrededor de todo el circuito deben ser cero .)

Solo se puede considerar la resistencia de la lámpara si la resistencia del inductor fuera cero. Pero dado que tiene una resistencia finita (podría pensar en ella como la resistencia interna de una batería ), deberá considerar la resistencia interna del inductor en serie con la resistencia de la lámpara.

¿Pero eso significa que la resistencia a través del bucle es igual a la resistencia a través de la lámpara? Si es así, ¿esto siempre es válido para los componentes paralelos? En otras palabras, ¿los componentes paralelos siempre tienen la misma resistencia?
Espere, podría entenderlo ahora: si el interruptor está abierto, ¿la corriente fluye a través del bucle y la lámpara?
¡Creo que entiendo la lógica!
Espera, ¿tu comentario final significa que la pregunta está mal formulada?
@YlykCoitus: te estás confundiendo. La resistencia del inductor y de la lámpara están en serie , no en paralelo. Por lo tanto, deben sumarse, como dos resistencias en serie cualesquiera. Solo pensé que sería más fácil pensar en él como un inductor perfecto (resistencia cero) en serie con una resistencia, ya que su inductor tiene una resistencia. Cuando el interruptor está abierto, la corriente no fluye por la parte inferior del circuito (con la batería), por lo que la única fuente de voltaje es la energía almacenada en el inductor. continúa en el siguiente comentario.
Y este voltaje tiene que caer tanto en la resistencia presente en el inductor como en la resistencia presente en la lámpara, por lo tanto, suma las dos resistencias.

Sí, está bien, este problema es, como dije, un poco tonto. Parece que debe asumir que la corriente cae a cero en el tiempo dado y, por lo tanto, también lo hace el flujo. Esto le da la primera parte, el voltaje inducido a través del inductor. Para la segunda parte, parece que simplemente tenemos que aplicar la regla del primer bucle de Kirchoff y la ley de Ohm para encontrar la corriente en el bucle. Todo esto me parece muy extraño, porque asumimos que la corriente está cambiando para inducir un voltaje, pero también un valor único para la corriente. En realidad, la corriente debería depender del tiempo y la inducción ocurre todo el tiempo, no simplemente una cantidad finita. En aras de completar este problema de tarea, hemos terminado, pero en realidad tenemos que resolver una ecuación diferencial y terminar con un comportamiento exponencial.

Así que la razón por la que tenemos que tomar R t o t es porque la 'regla del primer ciclo de Kirchoff'? Todavía no entiendo muy bien por qué tienes que tomar la resistencia total si quieres calcular la corriente a través de la lámpara.

Creo que las otras respuestas cubren su pregunta sobre el cambio en el flujo. Como qué tu / R t o t se utiliza en lugar de tu / R yo a metro pag ... no está del todo claro si se espera que encuentre la corriente en un punto particular del circuito, o en qué punto podría ser. Si tuviera que elegir una corriente para caracterizar el circuito, sería la corriente a través de un trozo de cable que no tiene contrapartes paralelas (o, de manera equivalente, la suma de las corrientes a través de un conjunto de cables paralelos). La caída de tensión tiene que ser igual tanto en la lámpara como en el inductor, por lo que la corriente es I t o t = V / R t o t . Si después de esto está interesado en la corriente a través de la lámpara, puede encontrarla fácilmente calculando la corriente a través del inductor individualmente ( I = V / R i norte d ), entonces I yo a metro pag = I t o t I i norte d .

En su pregunta original, no dice nada sobre la necesidad de encontrar la corriente a través de la lámpara, pero en uno de sus comentarios implica que esa es la cantidad que busca: ¿es eso realmente lo que pide la declaración del problema original?

¡Sí, la corriente a través de la lámpara! Lamento mucho no haberlo notado, wow!
Correcto, bueno, eso solo agrega un paso adicional, como describí anteriormente. El 32A que su libro de texto proporciona como respuesta es, creo, la corriente total (por ejemplo, a través del interruptor).
Bueno, esa es su respuesta a la pregunta (la corriente a través de la lámpara)