5.6
Entwurfsbeispiel: Entwurf einer RL-Schaltung
Ein Schüler verwendet einen RL-Schaltkreis, um die Muskelreaktion eines Froschschenkels auf elektrische Stimulation zu untersuchen.
Das Schließen des Schalters bewirkt eine kurze Muskelkontraktion, während das Öffnen eine anhaltende Muskelaktivität für 0,01 Sekunden auslöst.
Der Student modelliert das Froschschenkel als Widerstand, um seinen Widerstand zu bestimmen, wobei er davon ausgeht, dass ein Strom von 20 Milliampere die anhaltende Muskelreaktion induziert.
Wenn der Schalter geschlossen ist, wirkt die Induktivität im stationären Zustand wie ein Kurzschluss, der den Widerstand umgeht und eine leichte Muskelkontraktion verursacht.
Wendet man das Ohmsche Gesetz auf den 60-Ohm-Widerstand an, erhält man den Anfangsstrom.
Wenn der Schalter geöffnet wird, wird die Schaltung zu einer quellenfreien RL-Schaltung. Durch den Widerstand fließt nun Strom, was zu einer anhaltenden Muskelaktivität führt.
Die Zeitkonstante entspricht dem Verhältnis von Induktivität zu Widerstand, und der durch die Induktivität fließende Strom wird mit dem berechneten Anfangsstrom und der Zeitkonstante ausgedrückt.
Die aktuellen und zeitlichen Werte, die der anhaltenden Muskelaktivität entsprechen, werden in die aktuelle Gleichung eingesetzt. Das Lösen der Gleichung ergibt den Wert des unbekannten Widerstands.
Ein Student hat die Aufgabe, an einem faszinierenden Experiment mit einer RL-Schaltung (Widerstand-Induktor) zu arbeiten, um die Muskelreaktion eines…
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