Задача 1
В цепь последовательно включены ключ, источник, электрический звонок, лампа накаливания и катушка, параллельно катушке — неоновая лампа (напряжение источника меньше напряжения её зажигания). Как ведут себя элементы при замкнутом ключе, при замыкании и размыкании?
Решение
Неоновая лампа подключена параллельно катушке. Сопротивление катушки мало, поэтому при постоянном токе напряжение на ней и на неоновой лампе намного меньше напряжения зажигания — сама по себе неоновая лампа от источника не горит.
При замыкании ключа. Ток начинает расти, в катушке возникает ток самоиндукции, который мешает росту тока. Поэтому ток нарастает плавно: лампа накаливания разгорается с небольшим опозданием, звонок срабатывает. Напряжение на катушке при этом не превышает напряжения источника, и неоновая лампа не зажигается.
При замкнутом ключе. Через звонок, лампу накаливания и катушку идёт ток: лампа горит, звонок звенит, катушка создаёт магнитное поле и запасает энергию \(W = \dfrac{LI^2}{2}\). Ток не меняется, самоиндукции нет, напряжение на катушке мало — неоновая лампа не горит.
При размыкании ключа. Цепь с источником, звонком и лампой накаливания разорвана: лампа гаснет, звонок замолкает. Ток в катушке быстро убывает, возникает мощный ток самоиндукции, который идёт по контуру «катушка — неоновая лампа». Напряжение на катушке становится значительно больше напряжения источника, и неоновая лампа ярко вспыхивает. Энергия вспышки — это энергия магнитного поля катушки.
Ответ
При уменьшении тока в катушке возникает ток самоиндукции, и напряжение на ней может намного превысить напряжение источника — этого хватает для зажигания неоновой лампы.
Подробнее — в теме «Явление самоиндукции».