中職電工與電子技術(shù)第五章教學課件

1、正版可修改PPT課件(中職）電工與電子技術(shù)第五章教學課件第五章 電磁基本原理第一節(jié) 磁場的基本知識第二節(jié) 磁場對電流的作用第三節(jié) 電磁感應(yīng)第四節(jié) 自感與互感返回第一節(jié) 磁場的基本知識 一、磁場概述 能夠產(chǎn)生磁力的空間存在著磁場。磁場是一種特殊的物質(zhì)。磁體周圍存在磁場，磁體間的相互作用就是以磁場作為媒介的。 電流、運動電荷、磁體或變化電場周圍空間存在的一種特殊形態(tài)的物質(zhì)。由于磁體的磁性來源于電流，電流是電荷的運動，因而概括地說，磁場是由運動電荷或變化電場產(chǎn)生的。 用一根條形磁鐵去吸引鐵屑時，我們發(fā)現(xiàn)磁鐵兩端吸引的鐵屑最多，可見兩端的磁性最強，我們把磁性最強的兩端叫做磁極。如果將條形磁鐵懸掛起來，

2、還發(fā)現(xiàn)它的一端指南，一端指北。指北的一端叫北極(用N表示)，指南的一端叫南極(用S表示)。任何磁體都有不可分割的南北兩極。 把一個原來沒有磁性的鐵制或鋼制物體，接觸磁鐵的磁極后，發(fā)現(xiàn)它也能吸引鐵屑，就是說它也有了磁性。這種使原來沒有磁性的物體得到磁性稱為磁化。下一頁返回第一節(jié) 磁場的基本知識 物體被磁化后，其磁性將有不同程度的保留，這種磁化后保留下來的磁性叫剩磁。不同的材料，剩磁大小不同。剩磁大的材料叫硬磁材料，如鎢鋼，鋁鎳鉆合金等，適用于制造永久磁體。剩磁小的材料叫軟磁材料，如硅鋼片、鑄鋼和鑄鐵等，適用于制造電機、變壓器和電磁鐵的鐵芯。 二、電流的磁場 1820年，丹麥物理學家奧斯特發(fā)現(xiàn)，放

3、在通電導線周圍的小磁針也會發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這說明不僅磁鐵能產(chǎn)生磁場，電流也能產(chǎn)生磁場，磁和電是有密切聯(lián)系的。 1.通電直導線的磁場 通電直導線的磁場如圖5一1(a)所示。圖中的磁力線是以導線上各點為圓心的同心圓，這些同心圓都在和導線垂直的平面上。磁力線的上一頁下一頁返回第一節(jié) 磁場的基本知識方向和電流方向的關(guān)系可用右手螺旋定則(也叫安培定則)來確定:用右手握住導線，讓伸直的大拇指指向電流方向，那么彎曲四指所指的方向就是磁力線的環(huán)繞方向，如圖5一1(b)所示。例5一1用右手螺旋定則判定圖5一2中各導線中的電流方向或磁力線方向。 解在圖5 -2(a)中，用右手握住導線，因?qū)Ь€上方磁力線向外，故四指應(yīng)從導

4、線上方穿出，則伸直的大拇指指向右方，所以導線中電流的方向是從左向右的。在圖5 -2(b)中，用右手握住導線，因電流方向向外，故伸直的大拇指亦應(yīng)垂直紙面向外，則彎曲四指為逆時針方向，所以磁力線是逆時針方向。磁力線的形狀是以導線為圓心的同心圓。上一頁下一頁返回第一節(jié) 磁場的基本知識2.通電線圈的磁場 實際應(yīng)用中，常把導線繞成線圈，稱為螺線管。螺線管通電后產(chǎn)生的磁場如圖5一3(a)所示。從圖中可看出，通電螺線管和條形磁鐵一樣，也存在著兩個磁極。線圈磁極的極性和電流方向之間的關(guān)系，也可用右手螺旋定則來判定:用右手握住線圈，讓彎曲四指和線圈中電流方向一致，伸直的大拇指的方向就是線圈磁極的N極，如圖5一3

5、(b)所示。例5 -2用右手螺旋定則判定圖5 -4中線圈內(nèi)電流方向或線圈磁極的極性。 解在圖5 -4(a)中，用右手握住螺線管，因電流從端“2”流進，故四指應(yīng)沿著端“2”從螺線管下部伸進去，則伸直大拇指指向右方，所以線圈磁極的極性應(yīng)是右“N，左“S。上一頁下一頁返回第一節(jié) 磁場的基本知識在圖5一4(b)中，用右手握住螺線管，因線圈上端為N極，故伸直的大拇指應(yīng)向上，則彎曲四指環(huán)繞線圈指向端“1，所以線圈中電流方向應(yīng)從端“2”流進端“1”流出。三、磁場的基本物理量1.磁通磁通是通過某一截面積的磁力線總數(shù)，用字母表示，單位為韋伯(Wb)。工程上還曾用麥克斯韋(Mx)作單位，簡稱“麥”，它們的關(guān)系為上

6、一頁下一頁返回第一節(jié) 磁場的基本知識2.磁感應(yīng)強度 單位面積上垂直穿過的磁通，即磁通密度叫做磁感應(yīng)強度，用字母B表示，單位為特斯拉，簡稱“特”(T)。在工程上，磁感應(yīng)強度也曾使用高斯(Gs)作單位，簡稱“高”。高斯為非法定計量單位，其換算關(guān)系為磁感應(yīng)強度不但有大小，而且有方向。磁感應(yīng)強度的方向就是磁場的方向，也就是小磁針北極在該點的指向。當磁力線與截面垂直時，磁感應(yīng)強度和磁通的關(guān)系為或上一頁下一頁返回第一節(jié) 磁場的基本知識3.磁導率磁導率w，就是一個用來表示介質(zhì)對磁場影響的物理量，磁導率的單位為亨/米(H/m).由實驗測得真空(空氣)中的磁導率u0為4 x 10-7H/m，為常數(shù)。其他介質(zhì)的磁

7、導率可采用與u0的比值來表示，稱為相對磁導率ur即上一頁下一頁返回第一節(jié) 磁場的基本知識在其他條件相同的情況下，鐵磁物質(zhì)中所產(chǎn)生的磁場要比真空中的磁場強幾千甚至幾萬倍，且對磁通的阻力(磁阻)很小，因此在工程上常用鐵磁物質(zhì)(如硅鋼等)作電機、變壓器等電器的鐵芯，為磁通提供通路(磁路)，以提高電磁設(shè)備的效率。4.磁場強度 為了使磁場計算簡便，我們常用磁場強度來確定電流的磁場。磁場中某點的磁感應(yīng)強度B與介質(zhì)磁導率w的比值，叫做該點的磁場強度，用H表示，即磁場強度的方向和所在點的磁感應(yīng)強度的方向一致。它的單位為安/米(A/m)。上一頁下一頁返回第一節(jié) 磁場的基本知識對于如圖5 -5所示的環(huán)形線圈，通電

8、后線圈中的磁場強度和磁感應(yīng)強度分別為:式中1-線圈中的電流(A); N-線圈的匝數(shù);l線圈的平均長度(m);u線圈中介質(zhì)的磁導率(H/m);H-一線圈中的磁場強度(A/m);B線圈中的磁感應(yīng)強度(T)。由此可見，磁場強度只決定于電流的大小和線圈的幾何形狀，與磁介質(zhì)無關(guān)，而磁感應(yīng)強度還與磁導率有關(guān)。上一頁返回第二節(jié) 磁場對電流的作用一、磁場對通電直導體的作用力 1.磁場對通電直導體有力的作用 如圖5一6(a)所示，在一個馬蹄形磁鐵的兩個磁極中間，水平懸掛一根直導線，導線兩端分別連接于電源的兩個電極上。當導線中沒有電流通過時，直導線在磁場中不動，當導線中通人電流后，導線就向一邊運動。若改變電流的方

9、向，導線運動方向亦改變。這說明磁場對通電直導線有力的作用，這種作用力叫電磁力。 2.電磁力的大小 電磁力的大小與磁感應(yīng)強度、導體中的電流強度、磁場中導線長度有關(guān)。當導線和磁場垂直時，電磁力大小為下一頁返回第二節(jié) 磁場對電流的作用式中B勻強磁場的磁感應(yīng)強度(Wb/m2 ); I-導體中的電流強度(A); l導體在磁場中的長度(m); F導體受到的電磁力(N)。 當通電導體和磁場平行時，導體受到的電磁力為0. 3.電磁力的方向 電磁力的方向垂直于磁場方向和電流方向?？捎米笫侄▌t來判斷，如圖5一6(b)所示。平攤左手，使大拇指和其余四指垂直，讓磁力線垂直進入手心，若四指指向電流方向，那么大拇指所指的

10、方向就是電磁力的方向。左手定則又叫做電動機定則，常用來判斷電動機的運動方向。上一頁下一頁返回第二節(jié) 磁場對電流的作用 例5一3在勻強磁場中，磁感應(yīng)強度B=0.5T，將通有電流1=8A的直導體放人磁場中，若磁場中導體長度l =1. 2m，求導體與磁場垂直時，導體所受電磁力的大小。 解當導體和磁場垂直時 例5一4用左手定則判定圖5一7中導體電流方向或?qū)w受力方向。 解在圖5 -7(a)中，將左手放進磁極間，大拇指向上，掌心對著N極，則四指垂直紙面向里，故導線中電流方向是垂直紙面向里。 在圖5 -7(b)中，先判斷環(huán)形線圈左邊導線受力方向，將左手放進磁極間，掌心向左，四指垂直紙面向外，則大拇指向上，

11、故左邊受到的電磁力向上，同理可判斷出右邊導線受到的電磁力向下，因此線圈在電磁力作用下將順時針方向旋轉(zhuǎn)。上一頁下一頁返回第二節(jié) 磁場對電流的作用二、磁場對通電線圈的作用 1.勻強磁場中通電線圈的受力分析 磁場對通電線圈的作用原理，如圖5一8所示。abcda是放在勻強磁場中的矩形線圈。它的平面跟磁力線平行。當線圈中電流沿abcda方向流動時，因線圈的兩邊da, be和磁場B的方向平行，所受的電磁力為0。而線圈的另兩邊ab,cd和磁場B的方向垂直，它們將受到電磁力作用。其中ab邊受力F1的方向為從里向外，cd邊受力F2的方向為從外向里，F(xiàn)1和F2大小相等，方向相反，但由于它們不在一條直線上，線圈對豎

12、直軸OO產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)動力矩，使線圈逆時針轉(zhuǎn)動(猶如駕駛員兩手作用于方向盤上的兩力，使方向盤轉(zhuǎn)動一樣)。當線圈平面轉(zhuǎn)到跟磁力線垂直時，線圈受到的力矩變?yōu)?o通電線圈在磁場中受電磁轉(zhuǎn)矩作用而旋轉(zhuǎn)的原理，就是電動機和磁電式儀表的工作原理。上一頁下一頁返回第二節(jié) 磁場對電流的作用 2.直流電動機的工作原理 直流電動機的工作原理如圖5一9所示。它有一對磁極。在磁極N,S之間，是固定在轉(zhuǎn)軸上的圓柱形鐵芯，它上面繞有線圈abcd，線圈兩端分別接在兩個銅制的滑環(huán)上(統(tǒng)稱為電樞)，每個滑環(huán)上安置一個電刷，當電樞線圈接通直流電源后，在圖示瞬間，線圈中電流方向為abcd，線圈邊ab受到一進入紙面的電磁力，線圈邊cd受

13、到一離開紙面的電磁力，電樞上產(chǎn)生一個逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩，電樞按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。當線圈轉(zhuǎn)過90時，線圈中無電流，轉(zhuǎn)矩為0，但由于慣性，電樞仍能繼續(xù)旋轉(zhuǎn)而越過這一位置。此后，線圈邊ab移到S極區(qū)，線圈邊cd移到N極區(qū)，但同一磁極下導體中電流方向保持不變，從而使導體所受電磁力方向不變。這樣，線圈就繼續(xù)沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)，故電動機就是這樣連續(xù)運轉(zhuǎn)的。上一頁下一頁返回第二節(jié) 磁場對電流的作用 3.磁電式電流計的工作原理 磁電式電流計的工作原理如圖5一10所示。在永久磁鐵的兩極間有一個固定的圓柱形軟鐵芯，鐵芯外面套有一個可以繞軸轉(zhuǎn)動的鋁框，鋁框上繞有線圈，鋁框的轉(zhuǎn)軸上裝有兩個螺旋彈簧和一個指針，線圈兩端分

14、別接在這兩個螺旋彈簧上。 當被測電流由接線柱經(jīng)過兩彈簧通人線圈時，電流與磁場相互作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩(電磁轉(zhuǎn)矩的大小和電流強度成正比)，使線圈偏轉(zhuǎn)，并帶動軸上指針和兩個螺旋彈簧而偏轉(zhuǎn)，當電磁轉(zhuǎn)矩與彈簧偏轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的阻力轉(zhuǎn)矩相等時，指針就穩(wěn)定在某一位置，由分度尺可讀出被測電流值。 例5一5試定性分析圖5一11所示的兩根平行載流導線間的相互作用力。上一頁下一頁返回第二節(jié) 磁場對電流的作用 解如圖5-11(a)所示，設(shè)I1和I2同方向，先分析載流導線2的受力情況:載流導線1在載流導線2處產(chǎn)生磁場B1，根據(jù)右手螺旋定則可判定出其方向向下。載流導線2處在B1的磁場中，必受到電磁力F2的作用，其方向可由左手定

15、則判定為向左。 經(jīng)過同樣的分析可知，載流導線1受到的電磁力F1的方向向右。所以，兩根載有方向相同電流的導線之間有相互吸引的作用力。 當I1和I2反方.向時，如圖5一11(b)所示，根據(jù)同樣分析可知，兩根平行載流導線將相互抖聽。需要指出的是:當電路發(fā)生短路時，導線中的電流極大，則兩導線的作用力也很大，有可能損壞導線。上一頁返回第三節(jié) 電磁感應(yīng) 1820年H. C.奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)后，許多物理學家便試圖尋找它的逆效應(yīng)，提出了磁能否產(chǎn)生電，磁能否對電作用的問題，1822年D. F. J.阿喇戈和A. von洪堡在測量地磁強度時，偶然發(fā)現(xiàn)金屬對附近磁針的振蕩有阻尼作用。1824年，阿喇戈根據(jù)這個現(xiàn)

16、象做了銅盤實驗，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)動的銅盤會帶動上方自由懸掛的磁針旋轉(zhuǎn)，但磁針的旋轉(zhuǎn)與銅盤不同步，稍滯后。電磁阻尼和電磁驅(qū)動是最早發(fā)現(xiàn)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，但由于沒有直接表現(xiàn)為感應(yīng)電流，當時未能予以說明。 1831年8月，M.法拉第在軟鐵環(huán)兩側(cè)分別繞兩個線圈，其一為閉合回路，在導線下端附近平行放置一磁針，另一與電池組相連，接開關(guān)，形成有電源的閉合回路。實驗發(fā)現(xiàn)，合上開關(guān)，磁針偏轉(zhuǎn);切斷開關(guān)，磁針反向偏轉(zhuǎn)，這表明在無電池組的線圈中出現(xiàn)了感應(yīng)電流。法拉第立即意識到，這是一種非恒定的暫態(tài)效應(yīng)。緊接著他做了幾十個實驗，下一頁返回第三節(jié) 電磁感應(yīng)把產(chǎn)生感應(yīng)電流的情形概括為5類:變化的電流，變化的磁場，運動的恒定電流，運動

17、的磁鐵，在磁場中運動的導體，并把這些現(xiàn)象正式定名為電磁感應(yīng)。進而，法拉第發(fā)現(xiàn)，在相同條件下不同金屬導體回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流與導體的導電能力成正比，他由此認識到，感應(yīng)電流是由與導體性質(zhì)無關(guān)的感應(yīng)電動勢產(chǎn)生的，即使沒有回路，沒有感應(yīng)電流，感應(yīng)電動勢依然存在。后來，給出了確定感應(yīng)電流方向的楞次定律以及描述電磁感應(yīng)定量規(guī)律的法拉第電磁感應(yīng)定律。并按產(chǎn)生原因的不同，把感應(yīng)電動勢分為動生電動勢和感生電動勢兩種，前者起源于洛倫茲力，后者起源于變化磁場產(chǎn)生的有旋電場。 電磁感應(yīng)現(xiàn)象是電磁學中最重大的發(fā)現(xiàn)之一，它顯示了電、磁現(xiàn)象之間的相互聯(lián)系和轉(zhuǎn)化，對其本質(zhì)的深人研究所揭示的電、磁場之間的聯(lián)系，對麥克斯韋電磁場

18、理論的建立具有重大意義。電磁感應(yīng)現(xiàn)象在電工技術(shù)、電子技術(shù)以及電磁測量等方面都有廣泛的應(yīng)用。上一頁下一頁返回第三節(jié) 電磁感應(yīng) 我們知道，電流能夠產(chǎn)生磁場，即“電能生磁”，反過來磁是否能生電呢?英國物理學家法拉第通過實驗給出了肯定的回答，即變化的磁場能夠在導體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。這種現(xiàn)象就叫做電磁感應(yīng)。 下面我們分兩種情況來研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的條件、感應(yīng)電動勢大小的計算和感應(yīng)電動勢方向的判定。一、直導體中的感應(yīng)電動勢1.電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的條件圖5一12是一根直導體AB放在勻強磁場中，用連接導線和檢流計構(gòu)成閉合回路。當導體AB在磁場中沿著與磁力線垂直的方向向前運動時，檢流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，向后運動時，

19、檢流計指針反向偏轉(zhuǎn)。并且導體運動速度越快，指針偏轉(zhuǎn)越大。上一頁下一頁返回第三節(jié) 電磁感應(yīng)當導體AB不動或在磁場中沿著與磁力線平行的方向上下運動時，檢流計指針不動。 從上面的實驗可看出，當導體做切割磁力線運動時，導體中就有電流產(chǎn)生，這個電流稱為感應(yīng)電流;閉合電路中有電流通過，說明電路中有電動勢，這個電動勢稱為感應(yīng)電動勢。也就是說，當導體做切割磁力線運動時，導體中就有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生，若導體構(gòu)造閉合回路，則回路中就有感應(yīng)電流，這就是電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的條件。 2.右手定則 導體做切割磁力線運動所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的方向，可用右手定則來判定，如圖5一13所示。平伸右手，使拇指和四指垂直，讓磁力線垂直穿人手

20、心，拇指指向?qū)w運動方向，則四指所指方向就是感應(yīng)電動勢的方向。上一頁下一頁返回第三節(jié) 電磁感應(yīng) 3.感應(yīng)電動勢的大小 實驗證明，導體在勻強磁場中做切割磁力線運動，所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小，與磁感應(yīng)強度，導體的有效長度，導體的運動速度有關(guān)。當導體運動方向與磁力線垂直時，其關(guān)系式為式中 B勻強磁場的磁感應(yīng)強度(T);l導體在磁場中的有效長度(m);v導體的運動速度(m/s );e導體的感應(yīng)電動勢(V)。當導體運動方向和磁力線平行時，導體兩端感應(yīng)電動勢為0。上一頁下一頁返回第三節(jié) 電磁感應(yīng) 例5一6如圖5一14所示，在B=0.8T的勻強磁場中，有一導體AB，其有效長度l=20cm，以v=15 m/s

21、的速度向右滑動，試求導體AB中的感應(yīng)電動勢的大小和回路中感應(yīng)電流的方向。解根據(jù)式(5 -6)得用右手定則可判定出感應(yīng)電動勢的方向為B端“一”,A端“+”。所以感應(yīng)電流的方向為BADC。上一頁下一頁返回第三節(jié) 電磁感應(yīng)二、線圈中的感應(yīng)電動勢1.電磁感應(yīng)的條件我們?nèi)酝ㄟ^實驗來研究這個問題。圖5一15所示為空心螺線管，在它的兩端接入檢流計P。用一條形磁鐵迅速插入線圈(即通過線圈的磁通增加)時，檢流計指針偏轉(zhuǎn)。當將磁鐵迅速從線圈中抽出(即通過線圈的磁通減小)時，檢流計指針反偏。而且磁鐵插入或抽出的速度越快，指針偏轉(zhuǎn)越大。 .磁鐵進入線圈后靜止不動(即通過線圈的磁通不變)時，檢流計指針不動。 以上實驗說

22、明，當穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化時，閉合回路中將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流。上一頁下一頁返回第三節(jié) 電磁感應(yīng) 2.楞次定律 線圈中的感應(yīng)電動勢或感應(yīng)電流的方向，可由楞次定律來判定。楞次定律的內(nèi)容是:感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通總是阻礙原磁通的變化。也就是說，當線圈中的磁通增加時，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通與原磁通方向相反，而當線圈中磁通減少時，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通與原磁通方向相同。 應(yīng)用楞次定律判斷線圈中感應(yīng)電動勢或感應(yīng)電流方向的具體步驟有如下三條。確定原磁通的方向及變化趨勢(增加或減小);用楞次定律確定感應(yīng)電流磁通的方向;由右手螺旋定則確定感應(yīng)電流或感應(yīng)電動勢的方向。上一頁下一頁返回第三節(jié) 電磁感應(yīng)例5 -7試

23、用楞次定律分別確定圖5一15實驗中，磁鐵N極插入和抽出線圈時，線圈中感應(yīng)電流的方向。 解 (1)磁鐵插入線圈時: 由磁鐵N極出發(fā)穿過線圈的磁力線方向向下，即原磁通的方向向下，當磁鐵插入線圈時，通過線圈的磁通是增加的; 根據(jù)楞次定律，線圈感應(yīng)電流的磁通和原磁通方向相反，即為向上方向; 根據(jù)右手螺旋定則，可判斷出感應(yīng)電動勢的方向為A端“一”,B端“+”，感應(yīng)電流的方向是由B端流進檢流計。上一頁下一頁返回第三節(jié) 電磁感應(yīng)(2)磁鐵抽出線圈時:線圈原磁通方向向下，通過線圈的磁通減少;線圈感應(yīng)電流的磁通應(yīng)和原磁通方向相同，即為向下方向; 由右手螺旋定則，判斷出感應(yīng)電動勢的方向為A端“+， B端“一”，感

24、應(yīng)電流的方向由A端流進檢流計。 3.法拉第電磁感應(yīng)定律 線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小由法拉第電磁感應(yīng)定律計算。當穿過線圈的磁通發(fā)生變化時.線圈兩端感應(yīng)電動勢的大小等于磁通量的變化率。即上一頁下一頁返回第三節(jié) 電磁感應(yīng) 應(yīng)該注意，法拉第電磁感應(yīng)定律指出了感應(yīng)電動勢的大小決定于線圈的匝數(shù)和磁通量變化的快慢，而與磁通本身的大小無關(guān)。令=N（稱為磁鏈，單位亦為Wb）則即線圈中感應(yīng)電動勢的大小等于磁鏈的變化率。上一頁返回第四節(jié) 自感與互感一、自感 當閉合回路中的電流發(fā)生變化時，則由這電流所產(chǎn)生的穿過回路本身的磁通量也發(fā)生變化，因此在回路中也將感應(yīng)出電動勢，這現(xiàn)象稱為自感現(xiàn)象，這種感應(yīng)電動勢叫自感電動勢。

25、 自感現(xiàn)象在電工無線電技術(shù)中應(yīng)用廣泛。自感線圈是交流電路或無線電設(shè)備中的基本元件，它和電容器的組合可以構(gòu)成諧振電路或濾波器，利用線圈具有阻礙電流變化的特性可以穩(wěn)定電路的電流。自感現(xiàn)象有時非常有害，例如具有大自感線圈的電路斷開時，因電流變化很快，會產(chǎn)生很大的自感電動勢，導致?lián)舸┚€圈的絕緣保護，或在電閘斷開的間隙產(chǎn)生強烈電弧，可能燒壞電閘開關(guān)，如周圍空氣中有大量可燃性塵?；驓怏w還可引起爆炸。這些都應(yīng)設(shè)法避免。下一頁返回第四節(jié) 自感與互感 圖5 -16所示的就是演示自感現(xiàn)象的兩個實驗。L為鐵芯線圈，HL1, HL2為兩個相同的小燈泡,R為電阻。在圖5一16(a)中，合上開關(guān)S時，小燈泡HL2立即亮起

26、來，而HLl卻要慢慢亮起來。這就是電慣性現(xiàn)象。這是因為HL1支路里串有線圈L，合上開關(guān)瞬時，流過線圈的電流有突然增加的趨勢，則線圈中的磁通也有突然增加的趨勢，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，線圈中要產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流。由楞次定律可知，這感應(yīng)電流的方向和原電流的方向相反，阻礙線圈L和燈泡HL1支路中電流的增加，故HLl不能立即亮起來。 對圖5一16(b)，先合上開關(guān)S使燈HL正常發(fā)光，然后再突然斷開開關(guān)。在斷開開關(guān)的瞬時，我們可看到燈HL先閃亮一下，然后才熄滅。這也是電慣性現(xiàn)象。也是因為電路中有線圈L存在的原因。線圈L中的電流因開關(guān)斷開而要急劇減小，通過線圈的磁通亦相應(yīng)要急劇減小，根據(jù)電磁感應(yīng)的原理，線

27、圈兩端便會產(chǎn)生較高的感應(yīng)電動勢，這感應(yīng)電動勢通過燈HL形成感應(yīng)電流，而使燈HL閃亮。上一頁下一頁返回第四節(jié) 自感與互感從上面兩個實驗可以看出，由于流過線圈本身電流的變化，而在線圈自身中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象，叫做自感現(xiàn)象。簡稱自感。所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢叫自感電動勢，用符號eL表示。 自感線圈中通過電流時，在本線圈產(chǎn)生的磁通叫做自感磁通，用L表示。自感磁通L與線圈匝數(shù)N的乘積NL叫做自感磁鏈，用L表示。我們把自感磁鏈L與線圈電流i的比值，稱為此線圈的自感，用L表示，即式中i通過線圈的電流(A); L電流l在線圈中產(chǎn)生的自感磁鏈(Wb) ; L線圈的自感(H).上一頁下一頁返回第四節(jié) 自感與互感 自感

28、又稱電感，是表示線圈產(chǎn)生自感磁鏈能力的物理量，當通過同樣的電流，電感大的線圈產(chǎn)生的磁鏈比電感小的線圈產(chǎn)生的磁鏈多。電感是線圈的固有參數(shù)，它的大小取決于線圈的匝數(shù)，幾何形狀，線圈中介質(zhì)的磁導率。空心線圈的電感L為常數(shù)。線圈匝數(shù)越多，電感L就越大，有鐵芯的線圈的電感比空心線圈的電感大。電感的單位是亨利(H)。若線圈中流過1A電流，在線圈中產(chǎn)生1Wb的磁鏈，則線圈的電感便為1H。另外電感的單位還有毫亨(mH)，微亨(wH)。它們的關(guān)系為上一頁下一頁返回第四節(jié) 自感與互感線圈中產(chǎn)生的自感電動勢，可根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得到又 當L為常數(shù)時，則上一頁下一頁返回第四節(jié) 自感與互感 從式(5 -8)可看到，

29、自感電動勢的大小與線圈中電流的變化率成正比，與線圈的電感成正比。 自感電動勢(電流)的方向亦用楞次定律來判斷。如圖5一17所示，當流過線圈的電流增加時，自感電動勢(電流)方向與原電流方向相反，當流過線圈的電流減小時，自感電動勢(電流)方向與原電流方向一致，即自感電動勢的方向總是阻礙原電流的變化。 自感現(xiàn)象應(yīng)用廣泛，日光燈中的鎮(zhèn)流器就是最好的例子。圖5-18所示為日光燈電路圖。圖中L為鎮(zhèn)流器，它是一個具有較大電感的鐵芯線圈;EL為燈管，它的導通點燃，需要一個比220V電源電壓高得多的瞬時電壓;S為起輝器，是一個具有U形雙金屬片的觸頭，并充滿氖氣的小玻璃泡。當合上開關(guān)時，電源電壓加在起輝器分離的動

30、靜兩觸頭上，使氖氣放電而發(fā)出輝光，輝光產(chǎn)生的熱量使雙金屬片受熱膨脹上一頁下一頁返回第四節(jié) 自感與互感伸長，動靜觸頭閉合而使電路接通。電路接通后，起輝器中的氖氣停止放電，雙金屬片冷卻收縮，兩觸頭分離。就在起輝器觸頭斷開瞬間，鎮(zhèn)流器L即產(chǎn)生一個較大的自感電動勢，燈管EL便在這電動勢的作用下，導通點燃。當燈管正常工作時，它的工作電壓又要大大低于電源電壓，這時，鎮(zhèn)流器又起著降壓和抑制電流變化的作用，即鎮(zhèn)流。 例5 -8有一個電感L = 50H的線圈接在電源上，通過的電流為1A，當電路的開關(guān)斷開時，在0. 02s的時間內(nèi)，電流降為0。求線圈中的自感電動勢。上一頁下一頁返回第四節(jié) 自感與互感 本例說明，具

31、有大電感的電路中，在切斷電源時，線圈將產(chǎn)生很高的自感電動勢，它將在開關(guān)處產(chǎn)生火花或電弧，損壞電器設(shè)備，實際工作中應(yīng)加裝滅弧裝置或其他保護電路。 二、互感 1.互感現(xiàn)象 如圖5一19所示，兩個靠得很近的線圈L1，L2當?shù)谝粋€線圈L1中有電流I1，通過時，它所產(chǎn)生的穿過本身線圈的磁通叫自感磁通，用11表示。 11中必然有一部分要穿過第二個線圈L2，這一部分磁通叫互感磁通，用21表示。21=21N2即為互感磁鏈。當電流i1發(fā)生變化時，則21也隨時間變化，因此在第二個線圈中將要產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。這種由一個線圈中電流發(fā)生變化，而使另一個線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象，叫做互感現(xiàn)象。產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢叫互感電動勢

32、，用符號eM表示。上一頁下一頁返回第四節(jié) 自感與互感2.互感 能產(chǎn)生互感電動勢的兩個線圈叫做藕合線圈，在兩個藕合線圈中，互感磁鏈和產(chǎn)生該磁鏈的電流的比，叫做這個藕合線圈的互感，用符號M表示。即互感反映了一個線圈對另一個線圈產(chǎn)生磁鏈的能力。若兩藕合線圈的互感為1H，則表示1”線圈中通以1A的電流時，能在“2”線圈中產(chǎn)生1Wb的磁鏈;同樣“2”線圈中通以1A的電流時，亦能在“1”線圈中產(chǎn)生1Wb的磁鏈。上一頁下一頁返回第四節(jié) 自感與互感互感只與兩個線圈的結(jié)構(gòu)、相互位置及介質(zhì)的磁導率有關(guān)，而與線圈中的電流無關(guān)?；ジ械膯挝粸楹嗬?H)，常用的單位還有毫亨(mH)，微亨(wH). 3.互感電動勢 根據(jù)法

33、拉第電磁感應(yīng)定律可得，第一個線圈的電流i1發(fā)生變化時，在第二個線圈中產(chǎn)生的互感電動勢eM2為 上式說明，互感電動勢的大小與相鄰線圈的電流變化率成正比，與互感系數(shù)成正比?；ジ须妱觿莸姆较蚩捎美愦味蓙砼卸?。上一頁下一頁返回第四節(jié) 自感與互感 4.互感線圈的同極性端 如圖5一20(a)所示，小型電源變壓器的一次側(cè)，由兩個額定電壓各為110V的繞組組成，以適應(yīng)不同的電源電壓?，F(xiàn)若把它接于電壓為220V的電源上，則必須將它們串聯(lián)連接起來。這時就存在4個端子之間的選擇問題。正確的接法應(yīng)為“2”和“3”端相聯(lián)，而“1”和“4”端接電源，若將“1”和“3”端相聯(lián)，而將“2”和“4”端接電源，則就有燒毀變壓器

34、的危險。這是因為互感線圈存在極性端的問題。 設(shè)在線圈A的“1”端流人增加的電流i，則i所產(chǎn)生的磁通中也隨時間而增大，這時線圈A中要產(chǎn)生自感電動勢，線圈B中要產(chǎn)生互感電動勢(這兩個電動勢都是由于中的變化引起的)。根據(jù)楞次定律，可以確定線圈A和B中感應(yīng)電動勢的方向，如圖5一20(a)中“+”“一”號所示。可見端點“1”和“3， 2”和“4”的極性相同。若i是減小的，則上一頁下一頁返回第四節(jié) 自感與互感線圈A和B中感應(yīng)電動勢的方向都反了過來，但端點“1”與“3， 2”與“4”的極性仍相同。因此，我們把這種在同一變化磁通作用下，感應(yīng)電動勢極性相同的端點叫同極性端(或同名端)，用符號“”或“*”表示。故

35、端點“1”和“3”為同極性端，而端點“1”和“4”為異極性端。 標出線圈的同極性端后，每個線圈的具體繞法和各線圈的相對位置都不必在圖中表示出。知道了互感線圈的同極性端后，就可以根據(jù)一個線圈的電流變化趨勢，判斷各線圈感應(yīng)電動勢的極性。如圖5 -20(b)所示，設(shè)在A線圈“1”端流人減小的電流，則線圈A中感應(yīng)電動勢e的極性應(yīng)為“2”端正，1”端負，根據(jù)同極性端定義，可知線圈B中感應(yīng)電動勢e的極性應(yīng)為4”端正，3”端負。上一頁下一頁返回第四節(jié) 自感與互感 如圖5一20(a)所示，變壓器兩繞組作串聯(lián)連接時，應(yīng)把線圈的兩個異極性端聯(lián)在一起(和電池的串聯(lián)一樣)，而剩下的兩端接電源。這樣線圈A和B中的感應(yīng)電

36、動勢方向相同，相加后與外加電壓平衡，保證了變壓器的正常工作。接反時，兩線圈中感應(yīng)電動勢方向相反而互相抵消，這樣因線圈A和B的直流電阻很小而形成很大的電流，就有燒毀線圈的危險。 如果知道線圈的繞法，則可運用楞次定律直接判定互感線圈同極性端。如果線圈的具體繞法無法知道(如變壓器，電動機等)，則常用簡便的直流法來測定。圖5一21所示為同極性端的直流法測定示意圖。合上開關(guān)S的瞬時，電壓表V若發(fā)生正向偏轉(zhuǎn)，說明線圈B中感應(yīng)電動勢P的極性為“3”端正，4”端負。根據(jù)感應(yīng)電動勢的方向阻礙電流的變化，可知線圈A中感應(yīng)電動勢P的極性為“1”端正極，2”端負極，由同極性端的意義可知，1”端和“3”端為同極性端。上

37、一頁下一頁返回第四節(jié) 自感與互感 例5一9如圖5一22所示為半導體收音機磁性天線線圈L1,L2再生線圈L3。試根據(jù)圖示線圈的繞向標出它們的同極性端。 解設(shè)線圈L1中，由端“1”流人增加的電流i，根據(jù)楞次定律可判斷出各線圈的感應(yīng)電動勢的極性如圖5一22所示。所以端“1、 3、 5”為同極性端，2、 4、 6”亦為同極性端。 三、渦流 當線圈中的電流隨時間變化時，由于電磁感應(yīng)，附近的另一個線圈中會產(chǎn)生感應(yīng)電流。實際上這個線圈附近的任何導體中都會產(chǎn)生感應(yīng)電流。如果用圖表示這樣的感應(yīng)電流，看起來就像水中的旋渦，所以我們把它叫做渦電流。 上一頁下一頁返回第四節(jié) 自感與互感電磁感應(yīng)作用在導體內(nèi)部感生的電流。又稱為傅科電流。導體在磁場中運動，或者導體靜止但有著隨時間變化的磁場，或者兩種情況同時出現(xiàn)，都可以造成磁力線與導體的相對切割。按照電磁感應(yīng)定律，在導體中就產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，從而驅(qū)動電流。這樣引起的電流在導體中的分布隨著導體的表面形狀和磁通的分布而不同，其路徑往往猶如水中的旋渦，因此稱為渦流。導體在非均勻磁場中移動或處在隨時間變化的磁場中時，因渦流而導致能量損耗稱為渦流損耗。渦流損耗的大小與磁場的變化方.式、導體的運動、導體