《電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能》第六章電磁感應(yīng)(1)

1、6電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 1用楞次定律判斷感應(yīng)電流和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向。用楞次定律判斷感應(yīng)電流和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向。2自感現(xiàn)象及有關(guān)計(jì)算。自感現(xiàn)象及有關(guān)計(jì)算。教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)1理解電磁感應(yīng)現(xiàn)象，掌握產(chǎn)生電磁感應(yīng)的條件及感應(yīng)電理解電磁感應(yīng)現(xiàn)象，掌握產(chǎn)生電磁感應(yīng)的條件及感應(yīng)電流方向的判斷。流方向的判斷。2理解感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的概念，掌握電磁感應(yīng)定律及有關(guān)的計(jì)理解感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的概念，掌握電磁感應(yīng)定律及有關(guān)的計(jì)算。算。3理解自感及自感系數(shù)的概念，了解自感現(xiàn)象在實(shí)際中的理解自感及自感系數(shù)的概念，了解自感現(xiàn)象在實(shí)際中的應(yīng)用。應(yīng)用。4理解電感器的儲(chǔ)能特性及在電路中能量的轉(zhuǎn)化規(guī)律，了理解電感器的儲(chǔ)能特性及在電路中能量的轉(zhuǎn)化規(guī)律，了

2、解磁場(chǎng)能量的計(jì)算。解磁場(chǎng)能量的計(jì)算。教學(xué)難點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)6電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 6.1 6.1 電磁感應(yīng)現(xiàn)象電磁感應(yīng)現(xiàn)象6.2 6.2 感應(yīng)電流的方向感應(yīng)電流的方向6.3 6.3 電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律6.4 6.4 自感現(xiàn)象自感現(xiàn)象6.5 6.5 互感現(xiàn)象互感現(xiàn)象6.6 6.6 互感線圈的同名端和串聯(lián)互感線圈的同名端和串聯(lián)6.7 6.7 渦流和屏蔽線渦流和屏蔽線 6.1 6.1 電磁感應(yīng)現(xiàn)象電磁感應(yīng)現(xiàn)象一、磁感應(yīng)現(xiàn)象一、磁感應(yīng)現(xiàn)象二、磁感應(yīng)條件二、磁感應(yīng)條件在發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)后，人們自然想到：既然電能夠產(chǎn)生磁，在發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)后，人們自然想到：既然電能夠產(chǎn)生磁，磁能否產(chǎn)生電呢？磁能否產(chǎn)生電呢

3、？ 由實(shí)驗(yàn)可知，當(dāng)閉合回路中一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線由實(shí)驗(yàn)可知，當(dāng)閉合回路中一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，回路中就有電流產(chǎn)生。運(yùn)動(dòng)時(shí)，回路中就有電流產(chǎn)生。一、一、電電磁感應(yīng)現(xiàn)象磁感應(yīng)現(xiàn)象當(dāng)穿過閉合線圈的磁通發(fā)生變化時(shí)，線圈中有電流產(chǎn)生。當(dāng)穿過閉合線圈的磁通發(fā)生變化時(shí)，線圈中有電流產(chǎn)生。在一定條件下，由磁產(chǎn)生電的現(xiàn)象，稱為在一定條件下，由磁產(chǎn)生電的現(xiàn)象，稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象電磁感應(yīng)現(xiàn)象，產(chǎn)，產(chǎn)生的電流稱為生的電流稱為感應(yīng)電流感應(yīng)電流。上述幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，其實(shí)質(zhì)上是通過不同的方法改變了穿過閉合回上述幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，其實(shí)質(zhì)上是通過不同的方法改變了穿過閉合回路的路的磁通磁通。因此，產(chǎn)生電磁感應(yīng)的條件是：

4、。因此，產(chǎn)生電磁感應(yīng)的條件是：當(dāng)穿過閉合回路的磁通發(fā)生變化時(shí)，回路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生。當(dāng)穿過閉合回路的磁通發(fā)生變化時(shí)，回路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生。 二、磁感應(yīng)條件二、磁感應(yīng)條件6.2 6.2 感應(yīng)電流的方向感應(yīng)電流的方向一、右手定則一、右手定則二、楞次定律二、楞次定律三、右手定則與楞次定律的一致性三、右手定則與楞次定律的一致性當(dāng)閉合回路中一部分導(dǎo)體作切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，所產(chǎn)生的感應(yīng)當(dāng)閉合回路中一部分導(dǎo)體作切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，所產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向可用電流方向可用右手定則右手定則來判斷。來判斷。 伸開右手，使拇指與四指垂直，并都跟手掌在一個(gè)平面內(nèi)，伸開右手，使拇指與四指垂直，并都跟手掌在一個(gè)平面內(nèi)，讓磁感

5、線穿入手心，拇指指向?qū)w運(yùn)動(dòng)方向，四指所指即為感應(yīng)讓磁感線穿入手心，拇指指向?qū)w運(yùn)動(dòng)方向，四指所指即為感應(yīng)電流的方向。電流的方向。一、右手定則一、右手定則例如：ab當(dāng)磁鐵插入線圈時(shí)，原磁通在增加，線圈所產(chǎn)生的感應(yīng)電流當(dāng)磁鐵插入線圈時(shí)，原磁通在增加，線圈所產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向總是與原磁場(chǎng)方向相反，即感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是阻礙的磁場(chǎng)方向總是與原磁場(chǎng)方向相反，即感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是阻礙原磁通的增加；原磁通的增加；當(dāng)磁鐵拔出線圈時(shí)，原磁通在減少，線圈所產(chǎn)生的感應(yīng)電流當(dāng)磁鐵拔出線圈時(shí)，原磁通在減少，線圈所產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向總是與原磁場(chǎng)方向相同，即感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是阻礙的磁場(chǎng)方向總是與原磁場(chǎng)方向相同，

6、即感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是阻礙原磁通的減少。原磁通的減少。因此，得出結(jié)論：因此，得出結(jié)論：當(dāng)將磁鐵插入或拔出線圈時(shí)，線圈中感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，當(dāng)將磁鐵插入或拔出線圈時(shí)，線圈中感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，總是阻礙原磁通的變化。這就是總是阻礙原磁通的變化。這就是楞次定律楞次定律的內(nèi)容。的內(nèi)容。根據(jù)楞次定律判斷出感應(yīng)電流磁場(chǎng)方向，然后根據(jù)安培定則，根據(jù)楞次定律判斷出感應(yīng)電流磁場(chǎng)方向，然后根據(jù)安培定則，即可判斷出線圈中的感應(yīng)電流方向。即可判斷出線圈中的感應(yīng)電流方向。1 1楞次定律楞次定律2判斷步驟判斷步驟 由于線圈中所產(chǎn)生的感應(yīng)電流磁場(chǎng)總是阻礙原磁通的變化，由于線圈中所產(chǎn)生的感應(yīng)電流磁場(chǎng)總是阻礙原磁通的變化，即

7、阻礙磁鐵與線圈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此，要想保持它們的相對(duì)運(yùn)即阻礙磁鐵與線圈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此，要想保持它們的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，必須有外力來克服阻力做功，并通過做功將其他形式的能動(dòng)，必須有外力來克服阻力做功，并通過做功將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，即線圈中的電流不是憑空產(chǎn)生的。轉(zhuǎn)化為電能，即線圈中的電流不是憑空產(chǎn)生的。 感應(yīng)電流方向感應(yīng)電流方向 )(1增增加加或或減減少少原原磁磁通通變變化化方方向向原原磁磁場(chǎng)場(chǎng) B)(12相相同同或或相相反反與與方方向向感感應(yīng)應(yīng)電電流流磁磁場(chǎng)場(chǎng)BB安安培培定定則則楞次定律3楞次定律符合能量守恒定律楞次定律符合能量守恒定律右手定則和楞次定律都可用來判斷感應(yīng)電流的方向，兩種右手定則和楞

8、次定律都可用來判斷感應(yīng)電流的方向，兩種方法本質(zhì)是相同的，所得的結(jié)果也是一致的。方法本質(zhì)是相同的，所得的結(jié)果也是一致的。 右手定則適用于判斷導(dǎo)體切割磁感線的情況，而楞次定律右手定則適用于判斷導(dǎo)體切割磁感線的情況，而楞次定律是判斷感應(yīng)電流方向的普遍規(guī)律。是判斷感應(yīng)電流方向的普遍規(guī)律。三、右手定則與楞次定律的一致性三、右手定則與楞次定律的一致性6.3 6.3 電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律一、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)二、電磁感應(yīng)定律二、電磁感應(yīng)定律三、說明三、說明注意注意：對(duì)電源來說，電流流出的一端為電源的正極。：對(duì)電源來說，電流流出的一端為電源的正極。 在電源內(nèi)部，電流從電源負(fù)極流向電源正極，電動(dòng)勢(shì)的方

9、向在電源內(nèi)部，電流從電源負(fù)極流向電源正極，電動(dòng)勢(shì)的方向也是由負(fù)極指向正極，因此也是由負(fù)極指向正極，因此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向與感應(yīng)電流的方向與感應(yīng)電流的方向一致，仍可用右手定則和楞次定律來判斷。一致，仍可用右手定則和楞次定律來判斷。一、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)1感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，閉合回路中產(chǎn)生了感應(yīng)電流，說明回路電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，閉合回路中產(chǎn)生了感應(yīng)電流，說明回路中有電動(dòng)勢(shì)存在。在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為中有電動(dòng)勢(shì)存在。在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為感應(yīng)電感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)動(dòng)勢(shì)。產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體，就相當(dāng)于電源，如在磁。產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體，就相當(dāng)于電源

10、，如在磁場(chǎng)中切割磁感線的導(dǎo)體和磁通發(fā)生變化的線圈等。場(chǎng)中切割磁感線的導(dǎo)體和磁通發(fā)生變化的線圈等。2感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是電源本身的特性，即只要穿過電路的磁通發(fā)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是電源本身的特性，即只要穿過電路的磁通發(fā)生變化，電路中就有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，與電路是否閉合無關(guān)。生變化，電路中就有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，與電路是否閉合無關(guān)。若電路是閉合的，則電路中有感應(yīng)電流，若電路是斷開的，若電路是閉合的，則電路中有感應(yīng)電流，若電路是斷開的，則電路中就沒有感應(yīng)電流，只有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。則電路中就沒有感應(yīng)電流，只有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。3感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電路是否閉合無關(guān)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電路是否閉合無關(guān)1電磁感應(yīng)定律電磁感

11、應(yīng)定律tE 對(duì)于對(duì)于N 匝線圈，有匝線圈，有 tNNtNE12 式中式中N 表示線圈匝數(shù)與磁通的乘積，稱為磁鏈，用表示線圈匝數(shù)與磁通的乘積，稱為磁鏈，用 表示。表示。即即 tE 于是于是二、電磁感應(yīng)定律二、電磁感應(yīng)定律 = N 大量的實(shí)驗(yàn)表明：大量的實(shí)驗(yàn)表明：?jiǎn)卧丫€圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，與穿過線圈的磁通變單匝線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，與穿過線圈的磁通變化率化率 / t成正比，即成正比，即 上式適用于上式適用于 的情況。的情況。 如圖如圖 6-2 所示，設(shè)速度所示，設(shè)速度 v 和磁場(chǎng)和磁場(chǎng) B 之間有一夾角之間有一夾角 。將速。將速度度 v 分解為兩個(gè)互相垂直的分量分解為兩個(gè)互相垂直的

12、分量 v 1、 v 2， v 1 = v cos 與與 B 平平行，不切割磁感線；行，不切割磁感線； v 2 = v sin 與與 B 垂直，切割磁感線。垂直，切割磁感線。 Bl vv圖圖 6-2 B 與與 v 不垂直時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不垂直時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 如圖如圖 6-1 所示，所示，abcd 是一個(gè)矩形線圈，它處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為是一個(gè)矩形線圈，它處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線圈平面和磁場(chǎng)垂直，的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線圈平面和磁場(chǎng)垂直，ab 邊可以在線圈平面邊可以在線圈平面上自由滑動(dòng)。設(shè)上自由滑動(dòng)。設(shè) ab 長(zhǎng)為長(zhǎng)為 l，勻速滑動(dòng)的速度為，勻速滑動(dòng)的速度為 v，在，在 t 時(shí)間內(nèi)，時(shí)間內(nèi)，由位置由

13、位置 ab 滑動(dòng)到滑動(dòng)到 a b ，利用電磁感應(yīng)定律，利用電磁感應(yīng)定律，ab 中產(chǎn)生的感應(yīng)電中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小動(dòng)勢(shì)大小vvBlttBltSBtE vBlE 即即圖圖 6-1導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)上式表明，在磁場(chǎng)中，運(yùn)動(dòng)導(dǎo)線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大上式表明，在磁場(chǎng)中，運(yùn)動(dòng)導(dǎo)線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度小與磁感應(yīng)強(qiáng)度 B、導(dǎo)線長(zhǎng)度、導(dǎo)線長(zhǎng)度 l、導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)速度、導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)速度 v 以及導(dǎo)線運(yùn)以及導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)方向與磁感線方向之間夾角的正弦動(dòng)方向與磁感線方向之間夾角的正弦 sin 成正比。成正比。用右手定則可判斷用右手定則可判斷 ab 上感應(yīng)電流的方向。上感應(yīng)電流

14、的方向。若電路閉合，且電阻為若電路閉合，且電阻為 R，則電路中的電流，則電路中的電流REI 因此，導(dǎo)線中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)因此，導(dǎo)線中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E B l v2 B l v sin 三、說明三、說明1利用公式利用公式 計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)時(shí)，若計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)時(shí)，若 v 為平均速度，為平均速度，則計(jì)算結(jié)果為平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；若則計(jì)算結(jié)果為平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；若 v 為瞬時(shí)速度，則計(jì)算結(jié)果為為瞬時(shí)速度，則計(jì)算結(jié)果為瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 2利用公式利用公式 計(jì)算出的結(jié)果為計(jì)算出的結(jié)果為 t 時(shí)間內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)時(shí)間內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值。的平均值。vlBE tE 【例【例6-1】在圖】在圖 6-1中

15、，設(shè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度中，設(shè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 為為 0.1 T，切割磁感線的導(dǎo)線長(zhǎng)度，切割磁感線的導(dǎo)線長(zhǎng)度l 為為 40 cm，向右運(yùn)動(dòng)的速，向右運(yùn)動(dòng)的速度度 v 為為 5 m/s，整個(gè)線框的電阻，整個(gè)線框的電阻 R為為 0.5 ，求：，求：( (1) )感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小；感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小；( (2) )感應(yīng)電流的大小和方向；感應(yīng)電流的大小和方向；( (3) )使導(dǎo)線向右勻速運(yùn)動(dòng)所需的外力使導(dǎo)線向右勻速運(yùn)動(dòng)所需的外力;( (4) )外力做功的功率；外力做功的功率；( (5) )感應(yīng)電流的功率。感應(yīng)電流的功率。解解: ( (1) )線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)( (2) )線圈

16、中的感應(yīng)電流線圈中的感應(yīng)電流由右手定則可判斷出感應(yīng)電流方向?yàn)橛捎沂侄▌t可判斷出感應(yīng)電流方向?yàn)?abcd 。V2 . 0V54 . 01 . 0 vBlE( (3) )由于由于 ab 中產(chǎn)生了感應(yīng)電流，電流在磁場(chǎng)中將受到安培力中產(chǎn)生了感應(yīng)電流，電流在磁場(chǎng)中將受到安培力的作用。用左手定則可判斷出的作用。用左手定則可判斷出 ab 所受安培力方向向左，與速度所受安培力方向向左，與速度方向相反，因此，若要保證方向相反，因此，若要保證 ab 以速度以速度 v 勻速向右運(yùn)動(dòng)，必須施勻速向右運(yùn)動(dòng)，必須施加一個(gè)與安培力大小相等方向相反的外力。所以，外力大小加一個(gè)與安培力大小相等方向相反的外力。所以，外力大小 N

17、016. 0N4 . 04 . 01 . 0 BIlF外力方向向右。外力方向向右。 A4 . 0A5 . 02 . 0 REI(4) 外力做功的功率外力做功的功率W08. 0W5016. 0 FvP(5) 感應(yīng)電流的功率感應(yīng)電流的功率 W08. 0W4 . 02 . 0 EIP可以看到，可以看到，P = P ，這正是能量守恒定律所要求的。，這正是能量守恒定律所要求的。【例【例6-2】在一個(gè)】在一個(gè) B = 0.01 T 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)里，放一個(gè)面積為的勻強(qiáng)磁場(chǎng)里，放一個(gè)面積為 0.001 m2 的線圈，線圈匝數(shù)為的線圈，線圈匝數(shù)為 500 匝。在匝。在 0.1 s 內(nèi)，把線圈平面內(nèi)，把線圈平面從與

18、磁感線平行的位置轉(zhuǎn)過從與磁感線平行的位置轉(zhuǎn)過 90，變成與磁感線垂直，求這，變成與磁感線垂直，求這個(gè)過程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值。個(gè)過程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值。解：解： 在在0.1 s 時(shí)間內(nèi)，穿過線圈平面的磁通變化量時(shí)間內(nèi)，穿過線圈平面的磁通變化量Wb101Wb001. 001. 00512 BS 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) V05. 0V1 . 01015005 tNE 6.4 6.4 自感現(xiàn)象自感現(xiàn)象一、自感現(xiàn)象一、自感現(xiàn)象二、自感系數(shù)二、自感系數(shù)三、電感的計(jì)算三、電感的計(jì)算四、自感電動(dòng)勢(shì)四、自感電動(dòng)勢(shì)五、自感現(xiàn)象的應(yīng)用五、自感現(xiàn)象的應(yīng)用六、自感的危害六、自感的危害七、磁場(chǎng)能量七、磁場(chǎng)能量當(dāng)線圈中的

19、電流變化時(shí)，線圈本身就產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)線圈中的電流變化時(shí)，線圈本身就產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)總是阻礙線圈中電流的變化。這種由于線圈本身電這個(gè)電動(dòng)勢(shì)總是阻礙線圈中電流的變化。這種由于線圈本身電流發(fā)生變化而產(chǎn)生電磁感應(yīng)的現(xiàn)象稱為自感現(xiàn)象，簡(jiǎn)稱自感。流發(fā)生變化而產(chǎn)生電磁感應(yīng)的現(xiàn)象稱為自感現(xiàn)象，簡(jiǎn)稱自感。在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，稱為自感電動(dòng)勢(shì)。在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，稱為自感電動(dòng)勢(shì)。一、自感現(xiàn)象一、自感現(xiàn)象 考慮自感電動(dòng)勢(shì)與線圈中電流變化的定量關(guān)系。當(dāng)電流流考慮自感電動(dòng)勢(shì)與線圈中電流變化的定量關(guān)系。當(dāng)電流流過回路時(shí)，回路中產(chǎn)生磁通，稱為過回路時(shí)，回路中產(chǎn)生磁通，稱為自感磁通自感磁通

20、，用，用 L 表示。當(dāng)線表示。當(dāng)線圈匝數(shù)為圈匝數(shù)為 N 時(shí)，線圈的時(shí)，線圈的自感磁鏈自感磁鏈 同一電流流過不同的線圈，產(chǎn)生的磁鏈不同，為表示各個(gè)同一電流流過不同的線圈，產(chǎn)生的磁鏈不同，為表示各個(gè)線圈產(chǎn)生自感磁鏈的能力，將線圈的自感磁鏈與電流的比值稱線圈產(chǎn)生自感磁鏈的能力，將線圈的自感磁鏈與電流的比值稱為線圈的為線圈的自感系數(shù)自感系數(shù)，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱電感電感，用，用 L 表示表示ILL 即即 L 是一個(gè)線圈通過單位電流時(shí)所產(chǎn)生的磁鏈。電感的單是一個(gè)線圈通過單位電流時(shí)所產(chǎn)生的磁鏈。電感的單位是位是 H(亨亨) 以及以及mH(毫亨毫亨) 、 H(微亨微亨) ，它們之間的關(guān)系為，它們之間的關(guān)系為 1 H

21、= 103 mH = 106 H二、自感系數(shù)二、自感系數(shù) L = N L這里介紹環(huán)形螺旋線圈電感的計(jì)算方法。這里介紹環(huán)形螺旋線圈電感的計(jì)算方法。假定環(huán)形螺旋線圈均勻地繞在某種材料做成的圓環(huán)上，線假定環(huán)形螺旋線圈均勻地繞在某種材料做成的圓環(huán)上，線圈的匝數(shù)為圈的匝數(shù)為 N ，圓環(huán)的平均周長(zhǎng)為，圓環(huán)的平均周長(zhǎng)為 l ，對(duì)于這樣的線圈，可近，對(duì)于這樣的線圈，可近似認(rèn)為磁通都集中在線圈的內(nèi)部，而且磁通在截面似認(rèn)為磁通都集中在線圈的內(nèi)部，而且磁通在截面 S 上的分布上的分布是均勻的。當(dāng)線圈通過電流是均勻的。當(dāng)線圈通過電流I時(shí)，線圈內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)，線圈內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 與磁通與磁通 分別分別 為為,lN

22、IHB lNISBS 由由 N = LI 可得可得lSNINL2 三、電感的計(jì)算三、電感的計(jì)算說明：說明：( (1) ) 線圈的電感是由線圈本身的特性所決定的，它與線圈線圈的電感是由線圈本身的特性所決定的，它與線圈的尺寸、匝數(shù)和媒介質(zhì)的磁導(dǎo)率有關(guān)，而與線圈中有無電流及的尺寸、匝數(shù)和媒介質(zhì)的磁導(dǎo)率有關(guān)，而與線圈中有無電流及電流的大小無關(guān)。電流的大小無關(guān)。( (2) ) 其他近似環(huán)形的線圈，在鐵心沒有飽和的條件下，也其他近似環(huán)形的線圈，在鐵心沒有飽和的條件下，也可用上式近似計(jì)算線圈的電感，此時(shí)可用上式近似計(jì)算線圈的電感，此時(shí)l是鐵心的平均長(zhǎng)度。若線是鐵心的平均長(zhǎng)度。若線圈不閉合，不能用上式計(jì)算。圈

23、不閉合，不能用上式計(jì)算。( (3) ) 由于磁導(dǎo)率由于磁導(dǎo)率 不是常數(shù)，隨電流而變，因此有鐵心的不是常數(shù)，隨電流而變，因此有鐵心的線圈其電感也不是一個(gè)定值，這種電感稱為非線性電感。線圈其電感也不是一個(gè)定值，這種電感稱為非線性電感。 ，將，將 LIL 由電磁感應(yīng)定律可得，自感電動(dòng)勢(shì)由電磁感應(yīng)定律可得，自感電動(dòng)勢(shì) tEL 代入，則代入，則tILtLILItELLL 1212 自感電動(dòng)勢(shì)的大小與線圈中電流的變化率成正比。當(dāng)線圈中自感電動(dòng)勢(shì)的大小與線圈中電流的變化率成正比。當(dāng)線圈中的電流在的電流在 1s 內(nèi)變化內(nèi)變化 1A 時(shí)，引起的自感電動(dòng)勢(shì)是時(shí)，引起的自感電動(dòng)勢(shì)是 1V，則這個(gè)線，則這個(gè)線圈的自感

24、系數(shù)就是圈的自感系數(shù)就是 1H 。四、自感電動(dòng)勢(shì)四、自感電動(dòng)勢(shì)自感現(xiàn)象在各種電氣設(shè)備和無線電技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用。自感現(xiàn)象在各種電氣設(shè)備和無線電技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用。熒光燈的鎮(zhèn)流器就是利用線圈自感的一個(gè)例子。如圖熒光燈的鎮(zhèn)流器就是利用線圈自感的一個(gè)例子。如圖 6-3 是熒是熒光燈的電路圖。光燈的電路圖。五、自感現(xiàn)象的應(yīng)用五、自感現(xiàn)象的應(yīng)用圖圖 6-3熒光燈電路圖熒光燈電路圖 熒光燈主要由燈管、鎮(zhèn)流器熒光燈主要由燈管、鎮(zhèn)流器和和啟輝啟輝器組成。鎮(zhèn)流器是一個(gè)帶器組成。鎮(zhèn)流器是一個(gè)帶鐵心的線圈，啟輝器的結(jié)構(gòu)如圖鐵心的線圈，啟輝器的結(jié)構(gòu)如圖 6-4 所示。所示。1結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖圖 6-4啟輝器結(jié)構(gòu)圖啟輝器

25、結(jié)構(gòu)圖 啟輝器是一個(gè)充有氖氣的小玻璃泡，里面裝有兩個(gè)電啟輝器是一個(gè)充有氖氣的小玻璃泡，里面裝有兩個(gè)電極，一個(gè)固定不動(dòng)的靜觸片和一個(gè)用雙金屬片制成的極，一個(gè)固定不動(dòng)的靜觸片和一個(gè)用雙金屬片制成的 U 形觸片。形觸片。燈管內(nèi)充有稀薄的汞蒸氣，當(dāng)汞蒸氣導(dǎo)電時(shí)，就發(fā)出燈管內(nèi)充有稀薄的汞蒸氣，當(dāng)汞蒸氣導(dǎo)電時(shí)，就發(fā)出紫外線，使涂在管壁上的熒光粉發(fā)出柔和的光。由于激發(fā)紫外線，使涂在管壁上的熒光粉發(fā)出柔和的光。由于激發(fā)汞蒸氣導(dǎo)電所需的電壓比汞蒸氣導(dǎo)電所需的電壓比 220 V 的電源電壓高得多，因此的電源電壓高得多，因此熒光燈在開始點(diǎn)亮之前需要一個(gè)高出電源電壓很多的瞬時(shí)熒光燈在開始點(diǎn)亮之前需要一個(gè)高出電源電壓很

26、多的瞬時(shí)電壓。在熒光燈正常發(fā)光時(shí)，燈管的電阻很小，只允許通電壓。在熒光燈正常發(fā)光時(shí)，燈管的電阻很小，只允許通過不大的電流，這時(shí)又要使加在燈管上的電壓大大低于電過不大的電流，這時(shí)又要使加在燈管上的電壓大大低于電源電壓。這兩方面的要求都是利用跟燈管串聯(lián)的鎮(zhèn)流器來源電壓。這兩方面的要求都是利用跟燈管串聯(lián)的鎮(zhèn)流器來達(dá)到的。達(dá)到的。2工作原理工作原理當(dāng)開關(guān)閉合后，電源把電壓加在啟輝器的兩極之間，使氖當(dāng)開關(guān)閉合后，電源把電壓加在啟輝器的兩極之間，使氖氣放電而發(fā)出輝光，輝光產(chǎn)生的熱量使氣放電而發(fā)出輝光，輝光產(chǎn)生的熱量使U形觸片膨脹伸長(zhǎng)，跟形觸片膨脹伸長(zhǎng)，跟靜觸片接觸而使電路接通，于是鎮(zhèn)流器的線圈和燈管的燈絲

27、中靜觸片接觸而使電路接通，于是鎮(zhèn)流器的線圈和燈管的燈絲中就有電流通過。就有電流通過。電路接通后，啟輝器中的氖氣停止放電，電路接通后，啟輝器中的氖氣停止放電，U形觸片冷卻收形觸片冷卻收縮，兩個(gè)觸片分離，電路自動(dòng)斷開。在電路突然斷開的瞬間，縮，兩個(gè)觸片分離，電路自動(dòng)斷開。在電路突然斷開的瞬間，鎮(zhèn)流器的兩端產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)高壓，這個(gè)電壓和電源電壓都加在鎮(zhèn)流器的兩端產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)高壓，這個(gè)電壓和電源電壓都加在燈管兩端，使燈管中的汞蒸氣開始導(dǎo)電，于是熒光燈管成為電燈管兩端，使燈管中的汞蒸氣開始導(dǎo)電，于是熒光燈管成為電流的通路開始發(fā)光。在熒光燈正常發(fā)光時(shí)，與燈管串聯(lián)的鎮(zhèn)流流的通路開始發(fā)光。在熒光燈正常發(fā)光時(shí)，與

28、燈管串聯(lián)的鎮(zhèn)流器就起著降壓限流的作用，保證熒光燈的正常工作。器就起著降壓限流的作用，保證熒光燈的正常工作。自感現(xiàn)象也有不利的一面。在自感系數(shù)很大而電流又很強(qiáng)自感現(xiàn)象也有不利的一面。在自感系數(shù)很大而電流又很強(qiáng)的電路中，在切斷電源瞬間，由于電流在很短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生了的電路中，在切斷電源瞬間，由于電流在很短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生了很大變化，會(huì)產(chǎn)生很高的自感電動(dòng)勢(shì)，在斷開處形成電弧，這很大變化，會(huì)產(chǎn)生很高的自感電動(dòng)勢(shì)，在斷開處形成電弧，這不僅會(huì)燒壞開關(guān)，甚至?xí)＜肮ぷ魅藛T的安全。因此，切斷這不僅會(huì)燒壞開關(guān)，甚至?xí)＜肮ぷ魅藛T的安全。因此，切斷這類電源必須采用特制的安全開關(guān)。類電源必須采用特制的安全開關(guān)。 六、自感

29、的危害六、自感的危害電感線圈也是一個(gè)儲(chǔ)能元件。經(jīng)過高等數(shù)學(xué)推導(dǎo)，線圈中電感線圈也是一個(gè)儲(chǔ)能元件。經(jīng)過高等數(shù)學(xué)推導(dǎo)，線圈中儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量?jī)?chǔ)存的磁場(chǎng)能量221LIWL 當(dāng)線圈中通有電流時(shí)，線圈中就要儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量，通過線當(dāng)線圈中通有電流時(shí)，線圈中就要儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量，通過線圈的電流越大，儲(chǔ)存的能量就越多。在通有相同電流的線圈中，圈的電流越大，儲(chǔ)存的能量就越多。在通有相同電流的線圈中，電感越大的線圈，儲(chǔ)存的能量越多，因此線圈的電感也反映了電感越大的線圈，儲(chǔ)存的能量越多，因此線圈的電感也反映了它儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量的能力。它儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量的能力。七、磁場(chǎng)能量七、磁場(chǎng)能量與電場(chǎng)能量相比，磁場(chǎng)能量和電場(chǎng)能量有許多相同的特

30、點(diǎn)：與電場(chǎng)能量相比，磁場(chǎng)能量和電場(chǎng)能量有許多相同的特點(diǎn)：( (1) ) 磁場(chǎng)能量和電場(chǎng)能量在電路中的轉(zhuǎn)化都是可逆的。例磁場(chǎng)能量和電場(chǎng)能量在電路中的轉(zhuǎn)化都是可逆的。例如，隨著電流的增大，線圈的磁場(chǎng)增強(qiáng)，儲(chǔ)入的磁場(chǎng)能量增多；如，隨著電流的增大，線圈的磁場(chǎng)增強(qiáng)，儲(chǔ)入的磁場(chǎng)能量增多；隨著電流的減小，線圈的磁場(chǎng)減弱，磁場(chǎng)能量通過電磁感應(yīng)的隨著電流的減小，線圈的磁場(chǎng)減弱，磁場(chǎng)能量通過電磁感應(yīng)的作用又轉(zhuǎn)化為電能。因此，線圈和電容器一樣是儲(chǔ)能元件，而作用又轉(zhuǎn)化為電能。因此，線圈和電容器一樣是儲(chǔ)能元件，而不是電阻類的耗能元件。不是電阻類的耗能元件。( (2) ) 磁場(chǎng)能量的計(jì)算公式，在形式上與電場(chǎng)能量的計(jì)算公磁

31、場(chǎng)能量的計(jì)算公式，在形式上與電場(chǎng)能量的計(jì)算公式相同。式相同。 6.5 互感現(xiàn)象互感現(xiàn)象 1.互感現(xiàn)象互感現(xiàn)象 2.互感系數(shù)互感系數(shù) 3.互感電動(dòng)勢(shì)互感電動(dòng)勢(shì)互感現(xiàn)象（一）互感現(xiàn)象（一） 感應(yīng)現(xiàn)象i1a*bi2cd2 11 112 1、自感磁通11：在線圈1中通以交變電流i1，使線圈1具有的磁通11叫自感磁通11。2、自感磁鏈11： 11=N1 11叫線圈1的自感磁鏈。3、互感磁通21：由于線圈2處在i1所產(chǎn)生的磁場(chǎng)中， 11的一部分穿過線圈2，線圈2具有的磁通21叫做互感磁通。4、互感磁鏈21： 21=N2 21互感現(xiàn)象（二）互感現(xiàn)象（二）互感現(xiàn)象互感現(xiàn)象 （三）（三）5、互感電壓： i1的變化引起21變化，從而在線圈2中產(chǎn)生的電壓叫互感電壓。6、互感現(xiàn)象：由一個(gè)線圈的交變電流在另一個(gè)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電壓的現(xiàn)象叫做互感現(xiàn)象。 1212112121121iMiMi二二 . 互感系數(shù)互感系數(shù)211222112MMMiM三三. 互感電動(dòng)勢(shì)互感電動(dòng)勢(shì)MtiEMtiEMM21126.6 互感線圈的同名端和串聯(lián)互感線圈的同名端和串聯(lián) 一一.互感線圈的同名端互感線圈的同名端 二二.互感線圈的串聯(lián)互感