自感現(xiàn)象及應(yīng)用

6.4自感現(xiàn)象6.4自感現(xiàn)象一、自感現(xiàn)象二、自感系數(shù)三、電感的計算四、自感電動勢五、自感現(xiàn)象的應(yīng)用六、自感的危害七、磁場能量當(dāng)線圈中的電流變化時，線圈本身就產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢，這個電動勢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，簡稱自感。在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，稱為自感電動勢。一、自感現(xiàn)象

考慮自感電動勢與線圈中電流變化的定量關(guān)系。當(dāng)電流流過回路時，回路中產(chǎn)生磁通，稱為自感磁通，用L表示。當(dāng)線圈匝數(shù)為N時，線圈的自感磁鏈

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自感系數(shù)，簡稱電感，用L表示即L是一個線圈通過單位電流時所產(chǎn)生的磁鏈。電感的單位是H(亨)

以及mH(毫亨)

、H(微亨)

，它們之間的關(guān)系為

1H=103mH=106

H二、自感系數(shù)L=NL這里介紹環(huán)形螺旋線圈電感的計算方法。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，線圈的匝數(shù)為N，圓環(huán)的平均周長為l，對于這樣的線圈，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S上的分布是均勻的。當(dāng)線圈通過電流I時，線圈內(nèi)的磁感應(yīng)強度B與磁通分別為由N=LI可得三、電感的計算說明：

(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)。

(2)

其他近似環(huán)形的線圈，在鐵心沒有飽和的條件下，也可用上式近似計算線圈的電感，此時l是鐵心的平均長度。若線圈不閉合，不能用上式計算。

(3)

由于磁導(dǎo)率

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定值，這種電感稱為非線性電感。，將由電磁感應(yīng)定律可得，自感電動勢代入，則自感電動勢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1s內(nèi)變化1A時，引起的自感電動勢是1V，則這個線圈的自感系數(shù)就是1H。四、自感電動勢自感現(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例子。如圖6-3是熒光燈的電路圖。五、自感現(xiàn)象的應(yīng)用圖6-3熒光燈電路圖熒光燈主要由燈管、鎮(zhèn)流器和啟輝器組成。鎮(zhèn)流器是一個帶鐵心的線圈，啟輝器的結(jié)構(gòu)如圖6-4所示。

1．結(jié)構(gòu)圖6-4啟輝器結(jié)構(gòu)圖啟輝器是一個充有氖氣的小玻璃泡，里面裝有兩個電極，一個固定不動的靜觸片和一個用雙金屬片制成的U形觸片。燈管內(nèi)充有稀薄的汞蒸氣，當(dāng)汞蒸氣導(dǎo)電時，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)汞蒸氣導(dǎo)電所需的電壓比220V的電源電壓高得多，因此熒光燈在開始點亮之前需要一個高出電源電壓很多的瞬時電壓。在熒光燈正常發(fā)光時，燈管的電阻很小，只允許通過不大的電流，這時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)流器來達(dá)到的。

2．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，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中就有電流通過。電路接通后，啟輝器中的氖氣停止放電，U形觸片冷卻收縮，兩個觸片分離，電路自動斷開。在電路突然斷開的瞬間，鎮(zhèn)流器的兩端產(chǎn)生一個瞬時高壓，這個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流的通路開始發(fā)光。在熒光燈正常發(fā)光時，與燈管串聯(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。自感現(xiàn)象也有不利的一面。在自感系數(shù)很大而電流又很強的電路中，在切斷電源瞬間，由于電流在很短的時間內(nèi)發(fā)生了很大變化，會產(chǎn)生很高的自感電動勢，在斷開處形成電弧，這不僅會燒壞開關(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)。六、自感的危害電感線圈也是一個儲能元件。經(jīng)過高等數(shù)學(xué)推導(dǎo)，線圈中儲存的磁場能量當(dāng)線圈中通有電流時，線圈中就要儲存磁場能量，通過線圈的電流越大，儲存的能量就越多。在通有相同電流的線圈中，電感越大的線圈，儲存的能量越多，因此線圈的電感也反映了它儲存磁場能量的能力。七、磁場能量與電場能量相比，磁場能量和電場能量有許多相同的特點：

(1)

磁場能量和電場能量在電路中的轉(zhuǎn)化都是可逆的。例如，隨著電流的增大，線圈的磁場增強，儲入的磁場能量增多；隨著電流的減小，線圈的磁場減弱，磁場能量通過電磁感應(yīng)的作用又轉(zhuǎn)化為電能。因此，線圈和電容器一樣是儲能元件，而不是電阻類的耗能元件。

(2)

磁場能量的計算公式，在形式上與電場能量的計算公式相同。單元小結(jié)一、感應(yīng)電流和感應(yīng)電動勢二、自感現(xiàn)象

1．電可以生磁，磁在一定的條件下也可以生電。電流的磁效應(yīng)和電磁感應(yīng)現(xiàn)象說明了電和磁之間的密切關(guān)系。

2．在一定的條件下，由磁產(chǎn)生電的現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象，在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電流稱為感應(yīng)電流，產(chǎn)生的電動勢稱為感應(yīng)電動勢。

3．產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的條件是：穿過電路的磁通發(fā)生變化。當(dāng)電路閉合時，回路中有感應(yīng)電流，當(dāng)電路不閉合時，電路中沒有感應(yīng)電流，但仍有感應(yīng)電動勢。一、感應(yīng)電流和感應(yīng)電動勢

4．電路中感應(yīng)電流的方向可用右手定則和楞次定律來判斷。楞次定律是判斷感應(yīng)電流方向的普遍規(guī)律。感應(yīng)電動勢的方向與感應(yīng)電流的方向相同，也用右手定則和楞次定律判斷。

5．感應(yīng)電動勢的大小可用法拉第電磁感應(yīng)定律來計算。對于在磁場中切割磁感線運動的導(dǎo)體，可用下式計算

E=Blv2=Blvsin

1．由于線圈本身電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感