Куда уходит энергия, запасенная в катушке индуктивности, при размыкании ключа?

Это ситуация, когда простых правил недостаточно. Вы просто не можете проанализировать эту схему больше, чем вы можете решить x+2=x+3. Что происходит в реальном мире, так это то, что индуктор создает достаточную ЭДС, чтобы образовать искру в переключателе. Это означает, что переключатель больше не действует как идеальный переключатель.

В реальном мире мы называем этот эффект «обратным ходом». Это может привести к повреждению компонентов, поэтому мы обычно разрабатываем схемы, чтобы предотвратить это. Например, на больших двигателях часто можно увидеть обратноходовой резистор параллельно катушке индуктивности. Это дает току куда-то идти.

тл; Д.Р.: Каждая реальная схема имеет емкость, отсюда и затухающие RLC-колебания.

Общие положения
Из этого вопроса можно извлечь два основных вывода:

• Каждая модель в физике (и не только) имеет свои пределы применимости. Когда модель используется за пределами этих ограничений, она дает сбой.
• Модель должна правильно отражать реальность.

Что тут происходит?
Здесь мы имеем дело с описанием цепи с сосредоточенными параметрами , которое является самым элементарным способом описания электромагнитных явлений и часто не работает, когда мы начинаем спрашивать о процессах, которые действительно происходят в цепи.

Действительно, электродинамика говорит нам, что ток в катушке не может прекратиться мгновенно, и магнитное поле не исчезнет мгновенно. И наши будни с компьютерным блоком питания, лампочка на котором гаснет через несколько мгновений после его отключения, хорошее экспериментальное тому подтверждение. Действительно, это дело каждого силового трансформатора, которые встречаются повсеместно.

На стороне того, что отсутствует в модели, можно предположить ненулевую проводимость переключателя (как искра , предложенная в другом ответе) или небольшую, но конечную емкость всей цепи, которая отсутствует в модели. Рассмотрим и RLC-цепь с изначально ненулевым током, и мы увидим, как он постепенно затухает, даже если цепь отключена.

Примечание: значительную роль в линиях электропередач играют паразитные емкости и индуктивности. Исторически они были обнаружены при прокладке длинных телеграфных и телефонных линий, особенно трансатлантических кабелей. Это привело к формулировке уравнений телеграфа Оливером Хевисайдом.

Индуктивная энергия рассеивается за счет образования искры на клеммах переключателя. Сердцевина искры представляет собой нить очень горячего ионизированного газа, который производит свет и шум вместе с частью энергии, а тепло в газе — с остальной частью энергии. Таким образом сохраняется энергия.

Если индуктор содержит определенное количество накопленной энергии потока, а позже у него ее нет, вся эта накопленная энергия должна быть преобразована в какую-либо другую форму энергии (вероятно, тепло) внутри индуктора и/или преобразована в некоторые формы. энергии (которая может включать поток и почти наверняка будет включать тепло), хранящейся где-то еще. Единственный способ свести к минимуму количество производимого тепла — преобразовать энергию в какую-либо форму, отличную от тепла (например, путем хранения ее в конденсаторе).

Здесь важно признать, что я не заметил, чтобы другие ответы подчеркивали, что скорость, с которой открывается переключающий элемент, может влиять на то, сколько энергии рассеивается в виде тепла внутри этого конкретного переключающего элемента, но вся энергия идет на пойти куда-нибудь , и единственный эффективный способ предотвратить его рассеивание в нежелательном для него месте — предоставить вместо этого какое-то другое место.

Течение не прекращается. Но он также не покидает конец индуктора. Причина, по которой напряжение на конце индуктора увеличивается, заключается в том, что электроны выталкиваются туда из-за магнитного поля, которое не может рассеяться. Таким образом, напряжение на конце индуктора возрастает до бесконечности, так как там сжимаются электроны. Но индуктор не одинок во Вселенной. Всегда будет какая-то емкость к чему-то, независимо от того, насколько она мала. Среда внутри этой емкости будет подвергаться воздействию возрастающего напряжения (если только это не идеальный вакуум). В конце концов, электрическое поле становится настолько сильным, что ткань среды разрушается, и ток течет через нее от конца индуктора. Напряжение на конце индуктора падает по мере протекания тока, и магнитное поле индуктора рассеивается.