6、互感和自感解析

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,6,、互感和自感,【观看】,B,A,S,L,在接通,S,瞬间，有何现象发生,?,闪亮,回想,1831年,法拉第的成功试验。,迈克尔法拉第Michael Faraday，公元1791公元1867,G,电源,在法拉第的试验中，两个线圈之间并没有导线相连，但当一个线圈中的电流发生变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势。这种现象叫做互感。这种感应电动势叫做互感电动势。,简,化,一、互感现象：,当一个线圈中的电流发生变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势，这种现象叫做互感现象。,互感现象是一种常见的电磁感应现象，它不仅仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈间，而且可以发生在任何两个相互靠近的电路之间：,利用互感现象可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈，因此在电工技术和电子技术中有广泛的应用。,变压器,在电力工程中和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作，这时要设法减小电路中的互感。,二、自感现象,【回忆】在做右图的试验时，由于线圈A中电流的变化，它产生的磁通量发生变化，磁通量的变化在线圈B中激发了感应电动势互感电动势。,【思考】线圈A中电流的变化会在线圈A中激发出感应电动势吗？,会！,1,、,由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象叫做自感现象。,2,、由自感而产生的感应电动势叫,自感电动势,。,自感现象对电路有很大的影响，我们一起来看一下有怎么样的影响！,试验一：闭合开关,通,电,自,感,为什么灯A2马上亮，灯A1要过会一儿才亮呢?,A,2,A,1,R,1,R,L,要求和操作：,A1、A2是规格完全一样的灯泡。闭合电键S，调整变阻器R，使A1、A2亮度一样，再调整R1，使两灯正常发光，然后断开开关S。再重新闭合S。,现象,灯泡A2马上正常发光，跟线圈L串联的灯泡A1渐渐亮起来。,A,1,A,2,接通电路的瞬间，电流增大，穿过线圈的磁通量也增加，在线圈中产生感应电动势，由楞次定律可知，它将阻碍原电流的增加，所以A1中的电流只能渐渐增大，A1渐渐亮起来。,流过,A,1,、,A,2,灯的电流随时间怎样变化？,【,想一想,】,i,2,i,1,i,t,0,线圈中消失的感应电动势只是阻碍了原电流的变化增加，而非阻挡，所以虽延缓了电流变化的进程，但最终电流仍旧到达最大值，A1最终到达正常发光。,断,电,自,感,试验二：断开开关,为什么灯不是马上熄灭，而要闪亮一下才熄灭？,A,L,操作,按图连接电路。开关闭合时电流分为两个支路，一路流过线圈L，另一路流过灯泡A。灯泡A正常发光。把开关断开，留意观看灯泡亮度。,现象,开关断开时，灯,A,先更亮后再熄灭,.,电路断开时，线圈中的电流减小而导致磁通量发生变化，产生自感电动势阻碍原电流的减小，L中的电流只能从原值开头渐渐减小，S断开后，L与A组成闭合回路，L中的电流从A中流过，所以A不会马上熄灭，而能持续一段发光时间,A,L,【,分析,】,S,断开前,S,断开后,0,t,i,1,、,通过灯的电流怎样变化？,【思考】,2,、灯闪亮的条件是什么？,i,2,i,1,i,1,-i,2,3,、自感电动势的作用：,阻碍导体中原来电流的变化。,导体中电流变化时，自身产生感应电动势，这个感应电动势阻碍原电流的变化,【留意】“阻碍”不是“阻挡”，电流原来怎么变化还是怎么变，只是变化变慢了，即对电流的变化起延迟作用，使线圈中的电流不能发生突变.导体中原电流增大时，自感电动势阻碍它增大。导体中原电流减小时，自感电动势阻碍它减小。,4,、自感电动势的大小,自感电动势也是感应电动势，同样遵从法拉第电磁感应定律，也就是说，它的大小正比于穿过线圈的磁通量的变化率，即：,E,t,试验说明，磁场的强弱正比于电流的强弱，也就是说，磁通量的变化正比于电流的变化，所以也可以说，自感电动势正比于电流的变化率，即：,E,I,t,写成等式就是：,E=L,I,t,式中,L,是比例系数，叫做,自感系数,，简称,电感,或,自感,。,单位：亨利，简称亨，符号：H,其他单位：毫亨mH、微亨H。,亨利,约瑟夫亨利Joseph Henry，1797年12月17日1878年5月13日是一位美国科学家，也是史密森尼学会首任会长。他被认为是本杰明富兰克林之后最宏大的美国科学家之一，对于电磁学奉献颇大。,打算线圈自感系数的因素：,线圈越大、匝数越多，它的自感系数越大！,给线圈中参加铁芯，自感系数比没有铁芯大得多！,自感,自感,1,2,3,电感器：,电路中的线圈又叫电感器。,电感器的特性：阻碍电流的变化，对沟通电有阻碍作用。变压器，实际上也是电感器。,了解,5,、磁场的能量,在前面的试验中，开关断开后，灯泡的发光还能维持一小段时间，有时甚至会比断开开关之前更亮，这时灯泡的能量从哪里来的？,1电源断开以后，线圈中的电流不会马上消逝，这,时的电流仍旧可以做功，说明线圈储存了能量；,2线圈中有电流，有电流就有磁场，能量很可能储,存在磁场中；,3当开关闭合时，线圈中的电流从无到有，其中的,磁场也是从无到有，这可以看做电源把能量输送给磁,场，储存在磁场中。,这一切都只是猜测！,当线圈刚刚接通电源的时候，自感电动势阻碍线圈中电流的增加；当线圈中已经有了电流而开关断开或电流变弱的时候，自感电动势又阻碍线圈中电流的削减，线圈的自感系数越大，这个现象越明显。有时我们借用力学中的术语，说线圈能表达电的“惯性”。,6,、自感现象的应用和防止,1应用：在各种电器设备、电工技术和无线电技术中应用广泛。如日光灯电子镇流器中，有电阻器、电容器、电感器件。,2危害：变压器、电动机等器材都有很大的线圈，当电路中的开关断开时，会产生很大的自感电动势，使得开关的金属片之间形成电弧，产生电火花，烧蚀接触点，甚至引起人身损害。,防止：1、在变压器、电动机等大功率用电器的开关应当装在金属壳中。最好使用油浸开关，即把开关的接触点浸在绝缘油中，避开消失电火花。,【,应用,】,日光灯的构造,2、周密电阻可承受双线并绕来去除自感现象。,电路图,镇流器启动时，产生高电压，帮助点燃；正常工作时的感抗限制电流，爱护灯管.,启动器自动开关可用一般开关或短绝缘导线代替。正常工作时不起作用，可以去掉。,【练习1】关于日光灯的工作原理，以下说法正确的 ,A.镇流器的作用是将沟通电变为直流电；,B.在日光灯的启动阶段，镇流器能供给一个瞬时高压，使灯管开头工作；,C.日光灯正常发光时，启动器的两个触片是分别的；,D.日光灯发出严峻的白光是由汞原子受到激发后直接辐射的。,BC,L,R,R,S,E,【练习2】电路如图，电源无内阻，线圈无电阻。两电阻一样，均为R，原来电流为I0，S突然接通，则 ,A、电路中有自感电动势，阻碍电流变化，所以线圈中电流保持I0不变B、电路中有自感电动势，阻碍电流变化，所以线圈中电流最终小于2I0C、接通瞬间线圈中电流马上变为2I0D、接通瞬间线圈中电流仍为I0，但最终变为2I0。,D,A,A,【练习3】如下图，L为自感系数较大的线圈，电路稳定后小灯泡正常发光，当断开开关S的瞬间会有 ,A灯A马上熄灭,B灯A渐渐熄灭,C灯A突然闪亮一下再渐渐熄灭,D灯A突然闪亮一下再突然熄灭,【练习4】如图示电路，合上S时，觉察电流表A1向右偏，则当断开S的瞬间，电流表A1、A2指针的偏转状况是：,A.A1向左，A2向右 B.A1向右，A2向左,C.A1、A2都向右 D.A1、A2都向左,A,A,2,A,1,L,A,1,R,A,2,S,R,1,【练习6】上图中，电阻R的电阻值和电感L的自感系数都很大，但L的直流电阻值很小，A1、A2是两个规格一样的灯泡。则当电键S闭合瞬间，比 先亮，最终,比 亮。,A,1,A,2,【练习5】演示自感的试验电路图如右图所示，L是电感线圈，A1、A2是规格一样的灯泡，R的阻值与L的直流电阻值一样。当开关由断开到合上时，观看到的自感现象是 比 先亮，最终到达同样亮。,A,2,A,1,D,1,D,2,L R,S,A,【练习7】如下图的电路中，D1和D2是两个一样的小灯泡，L是一个自感系数相当大的线圈，其阻值与R一样。在电键接通和断开时，灯泡D1和D2亮暗的挨次是 ,A.,接通时,D,1,先达最亮，断开时,D,1,后灭,B.,接通时,D,2,先达最亮，断开时,D,2,后灭,C.,接通时,D,1,先达最亮，断开时,D,2,后灭,D.,接通时,D,2,先达最亮，断开时,D,1,后灭,【练习8】如下图，电路中，L为自感系数较大的线圈，开关接通且稳定后L上电流为1A，电阻R上电流为0.5A，当S突然断开后，R上的电流由_A开头_，方向是_.,1,减小,向左,7,、涡流,一、涡流及其应用,1、当空间有变化的磁通量时，四周的导体就会产生感应电流，我们把这种感应电流叫做涡流。,B,增大,【,说明,】,涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵守电磁感应定律！,2、应用：,1新型炉灶电磁炉。,电磁炉,真空冶炼炉,抽真空,优点：防止空气中的杂质进入金属，可以冶炼高质量的合金。,2金属探测器：飞机场、火车站安全检查、扫雷、探矿。,原理：,线圈中有变化着的电流，当其靠近金属物品时，金属中会感应出涡流，涡流的磁场又会反过来影响线圈中的电流，使仪器报警。,扫雷,机场安检,危害：导体在产生涡流的过程中，涡流也会产生热量这样的话会造成很多的能源铺张，还可能烧坏电器！例如在电动机和变压器里面的铁芯。问题：里面铁芯的作用？,2,、用绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。,3,、涡流的危害预防,预防：,1,、增大铁芯材料的电阻率，常用的是硅钢。,二、电磁阻尼,定义：,当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。,三、电磁驱动,定义：假设磁场相对于导体运动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来，这种作用就是电磁驱动。,