第六章電磁感應(yīng)

1、高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿6 電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿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)電動勢方向。用楞次定律判斷感應(yīng)電流和感應(yīng)電動勢方向。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

2、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)電動勢的概念，掌握電磁感應(yīng)定律及有關(guān)的計(jì)理解感應(yīng)電動勢的概念，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，了理解電感器的儲能特性及在電路中能量的轉(zhuǎn)化規(guī)律，了解磁場能量的計(jì)算。解磁場能量的計(jì)算。教學(xué)難點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基

3、礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿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)象單元小結(jié)單元小結(jié)高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿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)條件高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Educatio

4、n PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿在發(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？ 由實(shí)驗(yàn)可知，當(dāng)閉合回路中一部分導(dǎo)體在磁場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)體在磁場中做切割磁感線運(yùn)動時，回路中就有電流產(chǎn)生。運(yùn)動時，回路中就有電流產(chǎn)生。一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基

5、礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿當(dāng)穿過閉合線圈的磁通發(fā)生變化時，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，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。高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿上述幾個實(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

6、通。因此，產(chǎn)生電磁感應(yīng)的條件是：。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，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，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)條件高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿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高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Hi

7、gher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿當(dāng)閉合回路中一部分導(dǎo)體作切割磁感線運(yùn)動時，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)動時，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，并都跟手掌在一個平面內(nèi)，伸開右手，使拇指與四指垂直，并都跟手掌在一個平面內(nèi)，讓磁感線穿入手心，拇指指向?qū)w運(yùn)動方向，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、右手定則高 等 教 育高 等 教 育 出

8、版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿當(dāng)磁鐵插入線圈時，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，原磁通在增加，線圈所產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場方向總是與原磁場方向相反，即感應(yīng)電流的磁場總是阻礙的磁場方向總是與原磁場方向相反，即感應(yīng)電流的磁場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，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，原磁通在減少，線圈所產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場方向總是與原磁場方向相同，即感應(yīng)電流的磁場總是阻礙的磁場方向總是與原磁場方向相同，即感應(yīng)電

9、流的磁場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，線圈中感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁場，當(dāng)將磁鐵插入或拔出線圈時，線圈中感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁場，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楞次定律楞次定律高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Pre

10、ss電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿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)電流磁場總是阻礙原磁通的變化，即阻礙磁鐵與線圈的相對運(yùn)動，因此，要想保持它們的相對運(yùn)即阻礙磁鐵與線圈的相對運(yùn)動，因此，要想保持它們的相對運(yùn)動，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，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場 B)(12相相同同或或相

11、相反反與與方方向向感感應(yīng)應(yīng)電電流流磁磁場場BB安安培培定定則則愣愣次次定定律律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高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿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

12、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高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿6.3 6.3 電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律一、感應(yīng)電動勢一、感應(yīng)電動勢二、電磁感應(yīng)定律二、電磁感應(yīng)定律三、說明三、說明高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能

13、演示文稿演示文稿注意注意：對電源來說，電流流出的一端為電源的正極。：對電源來說，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，電動勢的方向在電源內(nèi)部，電流從電源負(fù)極流向電源正極，電動勢的方向也是由負(fù)極指向正極，因此也是由負(fù)極指向正極，因此感應(yīng)電動勢的方向感應(yīng)電動勢的方向與感應(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)電動勢一、感應(yīng)電動勢1感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢電磁感應(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，說明回路中有電動勢存在。在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢稱為

14、中有電動勢存在。在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢稱為感應(yīng)電感應(yīng)電動勢動勢。產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分導(dǎo)體，就相當(dāng)于電源，如在磁。產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分導(dǎo)體，就相當(dāng)于電源，如在磁場中切割磁感線的導(dǎo)體和磁通發(fā)生變化的線圈等。場中切割磁感線的導(dǎo)體和磁通發(fā)生變化的線圈等。2感應(yīng)電動勢的方向感應(yīng)電動勢的方向高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿感應(yīng)電動勢是電源本身的特性，即只要穿過電路的磁通發(fā)感應(yīng)電動勢是電源本身的特性，即只要穿過電路的磁通發(fā)生變化，電路中就有感

15、應(yīng)電動勢產(chǎn)生，與電路是否閉合無關(guān)。生變化，電路中就有感應(yīng)電動勢產(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)電動勢。則電路中就沒有感應(yīng)電流，只有感應(yīng)電動勢。3感應(yīng)電動勢與電路是否閉合無關(guān)感應(yīng)電動勢與電路是否閉合無關(guān)高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿1電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律tE 對于對于N 匝線圈，有匝線圈，有 tNNtNE1

16、2 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：單匝線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小，與穿過線圈的磁通變單匝線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小，與穿過線圈的磁通變化率化率 / t成正比，即成正比，即高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿如圖如圖 6-1 所示，所示，abcd 是一個矩形線圈，它處于磁感應(yīng)強(qiáng)

17、度為是一個矩形線圈，它處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的勻強(qiáng)磁場中，線圈平面和磁場垂直，的勻強(qiáng)磁場中，線圈平面和磁場垂直，ab 邊可以在線圈平面邊可以在線圈平面上自由滑動。設(shè)上自由滑動。設(shè) ab 長為長為 l，勻速滑動的速度為，勻速滑動的速度為 v，在，在 t 時間內(nèi)，時間內(nèi)，由位置由位置 ab 滑動到滑動到 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)電動勢大小動勢大小vvBlttBltSBtE vBlE 即即圖圖 6-1導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education Pr

18、essHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿 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 和磁場和磁場 B 之間有一夾角之間有一夾角 。將速。將速度度 v 分解為兩個互相垂直的分量分解為兩個互相垂直的分量 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 不垂直時的感應(yīng)電動勢不垂直時的感應(yīng)電動勢 高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出

19、版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿上式表明，在磁場中，運(yùn)動導(dǎo)線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大上式表明，在磁場中，運(yùn)動導(dǎo)線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度小與磁感應(yīng)強(qiáng)度 B、導(dǎo)線長度、導(dǎo)線長度 l、導(dǎo)線運(yùn)動速度、導(dǎo)線運(yùn)動速度 v 以及導(dǎo)線運(yùn)以及導(dǎo)線運(yùn)動方向與磁感線方向之間夾角的正弦動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

20、 因此，導(dǎo)線中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢因此，導(dǎo)線中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢 E B l v2 B l v sin 高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿三、說明三、說明1利用公式利用公式 計(jì)算感應(yīng)電動勢時，若計(jì)算感應(yīng)電動勢時，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)電動勢；若則計(jì)算結(jié)果為平均感應(yīng)電動勢；若 v 為瞬時速度，則計(jì)算結(jié)果為為瞬時速度，則計(jì)算結(jié)果為瞬時感應(yīng)電動勢。瞬時感應(yīng)電動勢。 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 時間

21、內(nèi)感應(yīng)電動勢時間內(nèi)感應(yīng)電動勢的平均值。的平均值。vlBE tE 高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿【例【例6-1】在圖】在圖 6-1中，設(shè)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度中，設(shè)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 為為 0.1 T，切割磁感線的導(dǎo)線長度，切割磁感線的導(dǎo)線長度l 為為 40 cm，向右運(yùn)動的速，向右運(yùn)動的速度度 v 為為 5 m/s，整個線框的電阻，整個線框的電阻 R為為 0.5 ，求：，求：( (1) )感應(yīng)電動勢的大?。桓袘?yīng)電動勢的大??；( (2

22、) )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)動所需的外力使導(dǎo)線向右勻速運(yùn)動所需的外力;( (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。高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿解解: ( (1) )線圈中的感應(yīng)電動勢線圈中的感應(yīng)電動勢( (2) )線圈中的感應(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 . 0V

23、54 . 01 . 0 vBlE( (3) )由于由于 ab 中產(chǎn)生了感應(yīng)電流，電流在磁場中將受到安培力中產(chǎn)生了感應(yīng)電流，電流在磁場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，必須施勻速向右運(yùn)動，必須施加一個與安培力大小相等方向相反的外力。所以，外力大小加一個與安培力大小相等方向相反的外力。所以，外力大小 N016. 0N4 . 04 . 01 . 0 BIlF外力方向向右。外力方向向右。 A4 . 0A5 . 02 . 0

24、REI高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿(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。高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工

25、技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿【例【例6-2】在一個】在一個 B = 0.01 T 的勻強(qiáng)磁場里，放一個面積為的勻強(qiáng)磁場里，放一個面積為 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，求這個過程中感應(yīng)電動勢的平均值。個過程中感應(yīng)電動勢的平均值。解：解： 在在0.1 s 時間內(nèi)，穿過線圈平面的磁通變化量時間內(nèi)，穿過線圈平面的磁通變化量Wb101Wb001. 001. 00512 BS 感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢 V05. 0V1 .

26、01015005 tNE 高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿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、自感電動勢四、自感電動勢五、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、磁場能量七、磁場能量高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工

27、技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿當(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，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。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。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)象一、自感現(xiàn)象高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press

28、電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿 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，稱為過回路時，回路中產(chǎn)生磁通，稱為自感磁通自感磁通，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，線圈的時，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)，簡稱，簡稱電感電感，用，用 L 表

29、示表示ILL 即即 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 = 103 mH = 106 H二、自感系數(shù)二、自感系數(shù) L = N L高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿這里介紹環(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

30、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)的平均周長為，圓環(huán)的平均周長為 l ，對于這樣的線圈，可近，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，線圈內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度時，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,lNIHB lNISBS 由由 N = LI 可得可得lSNINL2 三、電感的計(jì)算三、電感的計(jì)算高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education P

31、ressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿說明：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，此時可用上式近似計(jì)算線圈的電感，此時l是鐵心的平均長度。若線是鐵心的平均長度。若線圈不閉合，不能用上

32、式計(jì)算。圈不閉合，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定值，這種電感稱為非線性電感。線圈其電感也不是一個定值，這種電感稱為非線性電感。 高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿，將，將 LIL 由電磁感應(yīng)定律可得，自感電動勢由電磁感應(yīng)定律可得，自感電動勢 tEL 代入，則代入，則tILtLILItELLL 1212 自感電動勢的大小與線圈中電

33、流的變化率成正比。當(dāng)線圈中自感電動勢的大小與線圈中電流的變化率成正比。當(dāng)線圈中的電流在的電流在 1s 內(nèi)變化內(nèi)變化 1A 時，引起的自感電動勢是時，引起的自感電動勢是 1V，則這個線，則這個線圈的自感系數(shù)就是圈的自感系數(shù)就是 1H 。四、自感電動勢四、自感電動勢高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿自感現(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例子。如

34、圖熒光燈的鎮(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 高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿熒光燈主要由燈管、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)流器是一個帶器組成。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)圖啟輝器結(jié)構(gòu)圖 高 等 教

35、育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿啟輝器是一個充有氖氣的小玻璃泡，里面裝有兩個電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。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)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

36、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)亮之前需要一個高出電源電壓很多的瞬時熒光燈在開始點(diǎn)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。高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher

37、 Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿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，跟形觸片膨脹伸長，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，兩個觸片分離，電路自動斷開。在電路突然斷開的瞬間，縮，

38、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。器就起著降壓限流的作用，保證熒光燈的正常工作。高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Pre

39、ss電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿自感現(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)。類電源必須采用特制的安全開關(guān)。 六、自感的危害六、自感的危害高 等 教 育高 等 教 育

40、出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿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儲存的磁場能量221LIWL 當(dāng)線圈中通有電流時，線圈中就要儲存磁場能量，通過線當(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，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電感越大的線圈，儲存的能量越多

41、，因此線圈的電感也反映了它儲存磁場能量的能力。它儲存磁場能量的能力。七、磁場能量七、磁場能量高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿與電場能量相比，磁場能量和電場能量有許多相同的特點(diǎn)：與電場能量相比，磁場能量和電場能量有許多相同的特點(diǎn)：( (1) ) 磁場能量和電場能量在電路中的轉(zhuǎn)化都是可逆的。例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(qiáng)，儲入的磁場能量增多；如，隨著電流的增大，線圈的磁場增強(qiáng)，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。不是電阻類的耗能元件。( (2) ) 磁場能量的計(jì)算公式，在形式上與電場能量的計(jì)算公磁場能量的計(jì)算公式，在形式上與電場能量的計(jì)算公式相同。式相同。 高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與