電容的安裝與調(diào)式

1、電容的安裝與調(diào)式第1頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五在國(guó)際單位制中，力的單位是牛頓（N）(簡(jiǎn)稱牛)，電量的單位是庫(kù)侖（C）（簡(jiǎn)稱庫(kù)），因而電場(chǎng)強(qiáng)度的單位是牛/庫(kù)（N/C）。電場(chǎng)強(qiáng)度不僅有大小，還有方向。在電場(chǎng)中，正電荷的受力方向與電場(chǎng)強(qiáng)度的方向相同，負(fù)電荷受力方向與電場(chǎng)強(qiáng)度的方向相反。電場(chǎng)分為兩種：一種是靜電場(chǎng)，另外一種是感應(yīng)電場(chǎng)。靜電場(chǎng)是由靜止電荷激發(fā)的電場(chǎng)。感應(yīng)電場(chǎng)是由變化的磁場(chǎng)激發(fā)的電場(chǎng)。第2頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五 電場(chǎng)的分布可以用電力線來(lái)形象地描述。靜電場(chǎng)的電力線起源于正電荷，終止于負(fù)電荷，或從無(wú)窮遠(yuǎn)處到無(wú)窮遠(yuǎn)處。圖3-1中給出

2、幾種常見(jiàn)的電力線分布。需要提醒大家的是：（1）電力線是人們用來(lái)形象的描述電場(chǎng)分布的一簇曲線，它是假想的；（2）電力線不是閉合的曲線；（3）電力線上每一點(diǎn)的切線方向跟該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向一致；（4）電力線越密的地方，電場(chǎng)越強(qiáng)，電力線越疏的地方，電場(chǎng)越弱；（5）電力線在空間是不相交的。第3頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五第4頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五第二節(jié) 電 容 一、 電容器和電容 兩個(gè)任意形狀、彼此絕緣而又互相靠近的導(dǎo)體，在周圍沒(méi)有其他導(dǎo)體或帶電體時(shí)，它們就組成了一個(gè)電容器，每一個(gè)導(dǎo)體就是該電容器的一個(gè)極板，兩個(gè)導(dǎo)體之間的絕緣物質(zhì)叫做電介質(zhì)。

3、電容器的基本特征是儲(chǔ)存電荷，所以它具有儲(chǔ)存電場(chǎng)能量的功能。電容器在電力系統(tǒng)中是提高功率因數(shù)的重要器件；在電子電路中是獲得振蕩、濾波、相移、旁路、耦合等作用的主要元件。電容器在電路模型中的符號(hào)如圖3-2所示。 （a） 電容器 （b）可變電容器 圖3-2電容器的電路符號(hào)第5頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五 電容器貯存電場(chǎng)能量的大小用電容容量表征，簡(jiǎn)稱電容。對(duì)于圖3-3中的電路，當(dāng)開(kāi)關(guān)合上時(shí)，在電場(chǎng)力的作用下，直流電源負(fù)極上自由電子向電容器的負(fù)極板移動(dòng)，使負(fù)極板帶上負(fù)電荷。同樣，電容器的正極板上也將帶有等量的正電荷。電源電壓越高，電容器極板上的電荷越多。當(dāng)電容器兩極板間的電壓

4、與電源電壓相等時(shí)，電荷不再移動(dòng)，此時(shí)電容器兩極板上存儲(chǔ)的電荷將形成一個(gè)電場(chǎng)。假設(shè)電容器極板上存儲(chǔ)的電荷為q，電源電壓為U，則電容器電容C的計(jì)算公式為： C=q/U （3-2）第6頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五 實(shí)際上，一般電容器的電容是由本身的性質(zhì)決定的，因而電容器極板上的電荷與外加電壓之比是常數(shù)C，也就是說(shuō)電容器上的電荷與外加電壓成正比，這樣的電容叫做線性電容。在國(guó)際單位制中，電量的單位是庫(kù)侖（C），電壓的單位是伏特（V），電容的單位是法拉（F）（簡(jiǎn)稱法），那么：1法拉（F）=1庫(kù)侖（C）/1伏特（V）第7頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五 這

5、意味著當(dāng)電容器兩極板間加1V的電壓時(shí)，如果極板上存儲(chǔ)的電荷為1C，則電容器的電容為1F。在實(shí)際使用中，電容通常較小，常用微法（F）、皮法（pF）、納法（nF）作單位，它們與法拉的換算關(guān)系是： 1F=106F=109nF=1012pF 在真空中，大地具有較大的電荷存儲(chǔ)能力，其可以作為電容器的一個(gè)極板，而任何一個(gè)孤立的導(dǎo)體，其本身也可以看作是一個(gè)極板，這樣便構(gòu)成了一個(gè)電容器。如果以大地為零電位參考點(diǎn)，導(dǎo)體的電位為U，那么這類極板的電容的計(jì)算公式為： C=q/U另外，如果電容器兩極板上分別帶有等量異種電荷q和q，它們的電位分別為U1和U2，則電容器的電容的計(jì)算公式為： C=q/U1-U2第8頁(yè)，共5

6、4頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五 二、 電容器的充放電 使電容器帶電的過(guò)程被稱為電容器的充電。充電使電容器極板帶等量異種電荷。在圖3-3中，開(kāi)關(guān)合上，電容器與電源相連，可以使電容器兩個(gè)極板上帶有異種電荷。因此，電容器實(shí)際上是用來(lái)存儲(chǔ)電荷的儀器，通過(guò)給電容器充電，可以讓電容器存儲(chǔ)一定的電荷。電容器帶電后，兩極板間便存在電場(chǎng)。電場(chǎng)所具有的能量的計(jì)算公式為：W=1/2qU=1/2CU2（3-3）第9頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五 使電容器失去電量的過(guò)程被稱為電容器的放電。在某些情況下，使用電容器之前應(yīng)先為電容器放電。簡(jiǎn)單的放電方法是用一根導(dǎo)線直接連在電容器的

7、兩端。 電容器和電阻器都是電路中的基本元器件，但它們?cè)陔娐分兴鸬淖饔貌煌?。電阻器消耗電能，把電能轉(zhuǎn)化成熱能；理想的電容器則把電能存儲(chǔ)起來(lái)，不消耗電能。當(dāng)然，實(shí)際的電容器由于介質(zhì)漏電及其他原因，也消耗一些電能。第10頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五 三、 平行板電容器 平行板電容器是電容器中具有代表性的一種，它主要是由相互平行的相隔很近的金屬板構(gòu)成。這兩塊金屬板就是電容器的兩個(gè)極板。如果不考慮極板邊緣上的電場(chǎng)畸變，那么極板間的電場(chǎng)可以認(rèn)為是均勻的，這樣就為我們解決問(wèn)題提供了方便。利用電源使平行板帶有一定量的電荷，用靜電計(jì)來(lái)測(cè)量?jī)蓸O板的電壓，對(duì)下列3種情況做實(shí)驗(yàn)：（1）只

8、改變極板間的距離；（2）只改變極板間的正對(duì)面積；（3）在極板間插入不同的電介質(zhì)，其他條件不變。第11頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明： （1）極板間距離越大時(shí)，靜電計(jì)指出的電壓越小，由于電容器的電容與電壓成反比，因而此時(shí)電容減??； （2）極板間的正對(duì)面積越大時(shí)，靜電計(jì)指出的電壓越大，此時(shí)的電容也減??； （3）當(dāng)插入極板間的電介質(zhì)的性質(zhì)不同時(shí)，靜電計(jì)指出的電壓也不同，說(shuō)明電容也不同，介質(zhì)的越大，電壓越小，電容越大。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論推導(dǎo)可知，平行板電容器的電容與極板間的距離成反比，與極板間的正對(duì)面積成正比，與電介質(zhì)的介電常數(shù)成正比，即： C=S/d （3-4

9、）式中，S表示兩極板間的正對(duì)面積，單位是m2；d表示兩極板間的距離，單位是m；表示電介質(zhì)的介電常數(shù)，單位是F/m。第12頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五第三節(jié) 電容器的連接 在實(shí)際應(yīng)用中，常會(huì)遇到手頭現(xiàn)有的電容器不適合我們的需要，例如，電容的大小不適用，或者是打算加在電容器上的電壓超過(guò)了電容器的耐壓程度等，這時(shí)可以把現(xiàn)有的電容器適當(dāng)?shù)剡B接起來(lái)使用。當(dāng)幾只電容器互相連接后，它們所容納的電荷與兩端的電壓之比，稱為電容器組的等值電容，或稱為總電容。本節(jié)主要介紹電容器的兩種基本的連接方式：串聯(lián)和并聯(lián)。第13頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五 假設(shè)有n只電容

10、器，電容分別為C1,C2,Cn，串聯(lián)的方法如圖3-4所示。每一只電容器的每一極板都只和另一只電容器的一個(gè)極板相連接。把電源接到這個(gè)組合體兩端的兩個(gè)極板上進(jìn)行充電，使兩端的極板上分別帶異種電荷+q和-q。由于靜電感應(yīng)，每個(gè)電容器的兩極板上亦分別感應(yīng)出等量異種電荷+q和-q，如圖3-4所示。 圖3-4 電容器的串聯(lián)第14頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五假設(shè)電路上A,B,，E各點(diǎn)的電位分別為UA,UB,UE（假定無(wú)窮遠(yuǎn)處為零電 位參考點(diǎn)），由于電容器的電容不受外界影響，串聯(lián)后每一只電容器的電容都和其單獨(dú)存在時(shí)一樣，所以單獨(dú)考慮圖3-4中的各只電容器時(shí)，有如下的關(guān)系： UA-U

11、B=q/C1 UB-UC=q/C2 UD-UE=q/Cn上面各式相加，可得： UA-UE=q(1/C1+1/C2+1/Cn第15頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五如果把這一個(gè)電容器組當(dāng)作為一個(gè)整體來(lái)看，它所存儲(chǔ)的電荷只是兩端極板上的電荷q，這兩端極板的電位差是UA-UE，所以這一組合的等值電容C為： C=q/UA-UE=1/(1/C1+1/C2+1/Cn)即： 1/C=1/C1+1/C2+1/Cn （3-5）串聯(lián)電容器組的等值電容的倒數(shù)，等于各個(gè)電容器電容的倒數(shù)之和。電容器串聯(lián)后，使總電容變小，但每個(gè)電容器兩極板間的電位差比所加的總電壓小，因此電容器的耐壓程度增加。這是電

12、容器串聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)。 第16頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五二、電容器的并聯(lián)電容器的并聯(lián)方法如圖3-5所示。 圖3-5 電容器的并聯(lián)各個(gè)電容器的一塊極板都連接在同一點(diǎn)A上，另一塊極板都連接在另一點(diǎn)B上。接上電源后，每一只電容器兩極板的電壓都等于A、B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差UA-UB，各個(gè)電容器極板上的電荷分別為q1,q2,qn。對(duì)各個(gè)電容器來(lái)說(shuō)，有：C1=q1/UA-UBC2=q2/UA-UBCn=qn/UA-UB第17頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五把所有電容器的組合看成一個(gè)整體，其存儲(chǔ)的總電荷為： q=q1+q2+qn其兩端的電壓為UA-UB，因此這一組

13、合的等值電容C為： C=q/U=q1+q2+qn/UA-UB即： C=C1+C2+Cn （3-6）并聯(lián)電容器組的等值電容是各個(gè)電容器電容的總和。這樣，總的電容量增加了，但是每只電容器兩極板間的電壓和單獨(dú)使用時(shí)一樣，因而耐壓程度并沒(méi)有因并聯(lián)而改變。第18頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五 第四節(jié) 磁 場(chǎng)一、磁現(xiàn)象和磁場(chǎng)的主要物理量 1. 磁現(xiàn)象 磁鐵不與鐵釘接觸，就能把鐵釘吸起來(lái)；通有電流的導(dǎo)線可使其周圍的磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這表明磁鐵或通電導(dǎo)線周圍存在一種物質(zhì)，它是傳遞磁力的媒介，這種物質(zhì)就是磁場(chǎng)。磁場(chǎng)雖然不能直接感受到，但各種物理現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)證明，磁場(chǎng)是客觀存在的。把磁鐵水平懸

14、掛讓其自由轉(zhuǎn)動(dòng)，靜止時(shí)磁鐵的兩極會(huì)分別指向地球的南極和北極方向，于是，我們把磁鐵的兩極稱為南極（指向地球南極方向的磁極）和北極（指向地球北極方向的磁極）。南極常用S表示，北極常用N表示。極性相同的磁極相互排斥，極性相反的磁極相互吸引。 磁場(chǎng)的基本性質(zhì)是對(duì)處在其里面的磁極或電流有磁場(chǎng)力的作用，這和電場(chǎng)有相似的地方。無(wú)論是電場(chǎng)力，還是磁場(chǎng)力，它們都不是物體之間直接接觸產(chǎn)生的，而是通過(guò)“場(chǎng)”這種特殊的物質(zhì)而產(chǎn)生的。第19頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五2.磁力線對(duì)于磁力線，其有如下的特點(diǎn)： （1）磁力線不是真實(shí)存在的曲線，是為了形象地描述磁場(chǎng)所假想的；（2）磁力線是閉合的，在

15、磁鐵外部從N極出發(fā)再回到S極，在磁鐵內(nèi)部又由S極指向N極；（3）磁力線上每一點(diǎn)的切線方向跟該點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度方向一致；（4）磁力線越密的地方，磁場(chǎng)越強(qiáng)，磁力線越疏的地方，磁場(chǎng)越弱；（5）磁力線在空間是不相交的。第20頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五3.磁感應(yīng)強(qiáng)度在生活中我們發(fā)現(xiàn)，大的磁鐵往往可以吸引很重的鐵磁性物體，而小的磁鐵則不能；通電導(dǎo)線中的電流越大時(shí)，它產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用力也越大。這些表明磁場(chǎng)不僅有方向，還有大?。ㄒ舱f(shuō)成強(qiáng)弱）。磁場(chǎng)的大小和方向通常利用磁感應(yīng)強(qiáng)度來(lái)描述。讓通電導(dǎo)線與所在處磁場(chǎng)垂直，改變通電導(dǎo)線的電流強(qiáng)度和導(dǎo)線長(zhǎng)度，測(cè)量導(dǎo)線的受力情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，導(dǎo)線所受

16、磁場(chǎng)力大小與導(dǎo)線長(zhǎng)度、電流強(qiáng)度等有關(guān)。磁感應(yīng)強(qiáng)度B定義為，在磁場(chǎng)中垂直于磁場(chǎng)方向的通電導(dǎo)線所受的磁場(chǎng)力F跟電流強(qiáng)度I和導(dǎo)線長(zhǎng)度l的乘積Il的比值，即： B=F/Il （3-7）磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向即為該處磁場(chǎng)的方向。第21頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五在國(guó)際單位制中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是特斯拉（T）。在磁場(chǎng)中，如果長(zhǎng)為1m、通電電流強(qiáng)度為1A的直導(dǎo)線所受的磁場(chǎng)力為1N，則此處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為1T，即：1特斯拉=1牛頓1安培1米對(duì)于磁場(chǎng)內(nèi)的某一區(qū)域里，如果磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向都相同，這個(gè)區(qū)域就叫勻強(qiáng)磁場(chǎng)。靜止的電荷只產(chǎn)生電場(chǎng)不產(chǎn)生磁場(chǎng)。磁場(chǎng)是由運(yùn)動(dòng)的電荷產(chǎn)生的，磁場(chǎng)又會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)

17、的電荷產(chǎn)生磁力作用。磁場(chǎng)也是物質(zhì)存在的一種形式。第22頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五 4.磁通 磁感應(yīng)強(qiáng)度只是描述磁場(chǎng)中各點(diǎn)性質(zhì)的物理量，要想描述磁場(chǎng)中某一個(gè)面上的磁場(chǎng)強(qiáng)弱，還需要引入一個(gè)新的物理量，即磁通量。在磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度和與它垂直方向的某一橫截面的乘積被稱為是磁通量，簡(jiǎn)稱磁通。在圖3-7所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如果磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，通過(guò)垂直于B的方向的橫截面S的磁通量的計(jì)算公式為： =BS（3-8） 圖3-7通過(guò)某一截面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)第23頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五 在國(guó)際單位制中，磁通量的單位是韋伯（Wb）（簡(jiǎn)稱韋）。在磁感應(yīng)強(qiáng)度為1T的

18、勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，通過(guò)跟磁場(chǎng)方向垂直的面積為1m2的截面的磁通量為1Wb，即： 1韋伯=1特斯拉1平方米 由此我們可以看出，磁感應(yīng)強(qiáng)度還可以看成是通過(guò)單位面積的磁通。與密度的概念相類比，磁感應(yīng)強(qiáng)度也可稱為是磁通密度，有： 1特斯拉=1韋伯/1平方米 式（3-8）只適用于勻強(qiáng)磁場(chǎng)。圖3-7中，當(dāng)B的方向變?yōu)锽1時(shí)，即B1的方向與S的法線方向存在一定的夾角，則通過(guò)S的磁通量為： =BScos （3-9）第24頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五 6.磁場(chǎng)強(qiáng)度 在任何磁介質(zhì)中，磁場(chǎng)中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與同一點(diǎn)的磁導(dǎo)率的比值稱為該點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度H，即： H=B/ （3-10） 在國(guó)際單位制

19、中，磁場(chǎng)強(qiáng)度的單位是安培/米（A/m）（簡(jiǎn)稱安/米）。 盡管磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的名稱比較相似，但物理意義卻相差很大。磁場(chǎng)強(qiáng)度是為了不考慮磁路（磁通通過(guò)的路徑）中媒介質(zhì)的影響，專門討論外加磁場(chǎng)對(duì)磁路中磁場(chǎng)強(qiáng)弱的影響而引入的物理量。反映磁場(chǎng)強(qiáng)弱的基本物理量仍然是磁感應(yīng)強(qiáng)度。第25頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五二、電流的磁場(chǎng)通電導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)分布可以利用安培定則判斷。下面結(jié)合幾種常見(jiàn)的通電導(dǎo)線來(lái)介紹安培定則。（1）通電直導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)如果利用磁力線描述，則它是一組以導(dǎo)線上各點(diǎn)為圓心的同心圓，這些同心圓都在與導(dǎo)線垂直的平面上，如圖3-8所示。如果用右手握住導(dǎo)線，讓伸直的大拇

20、指所指的方向跟電流的方向一致，那么彎曲的四指所指的方向就是磁力線的環(huán)繞方向。這便是判斷通電直導(dǎo)線與其磁力線方向之間關(guān)系的安培定則，也稱右手螺旋法則。安培定則是用來(lái)判斷磁場(chǎng)方向的法則。 圖3-8通電直導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)分布 表示電流的方向垂直紙面向里，表示電流的方向垂直紙面向外第26頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五 （2）通電環(huán)形導(dǎo)線的磁力線是一組圍繞環(huán)形導(dǎo)線的閉合曲線，如圖3-9所示。在環(huán)形導(dǎo)線的中心軸線上，磁力線和環(huán)形導(dǎo)線的平面垂直。環(huán)形電流的方向跟它的磁力線方向之間的關(guān)系，也可以用安培定則來(lái)判斷：用右手握住導(dǎo)線，讓伸直的大拇指所指的方向跟電流的方向一致，那么彎曲的四指所

21、指的方向就是磁力線的環(huán)繞方向。 圖3-9通電環(huán)形導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)分布第27頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五 （3）螺線管通電以后表現(xiàn)出來(lái)的磁性，很像一根條形磁鐵，一端相當(dāng)于N極，另一端相當(dāng)于S極，改變電流方向，它的兩極則互換。通電螺線管外部的磁力線和條形磁鐵外部的磁力線相似，也是從N極出來(lái)，進(jìn)入S極的。通電螺線管內(nèi)部具有磁場(chǎng)，內(nèi)部的磁力線跟螺線管的軸線平行，方向由S極指向N極，并和外部的磁力線連接，形成一些閉合曲線，如圖3-10所示。通電螺線管的電流方向跟它的磁力線方向之間的關(guān)系，也可以用安培定則來(lái)判斷：用右手握住螺線管，讓彎曲的四指所指的方向跟電流的方向一致，那么大拇指

22、所指的方向就是螺線管內(nèi)部磁力線的方向，也就是說(shuō)，大拇指指向通向螺線管的N極。 圖3-10通電螺線管周圍的磁場(chǎng)分布第28頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五 三、磁場(chǎng)對(duì)電流的作用 1. 磁場(chǎng)對(duì)通電直導(dǎo)線的作用如圖3-11所示，通有電流的直導(dǎo)線MN位于均勻磁場(chǎng)中，并與磁場(chǎng)的方向垂直。這里磁場(chǎng)的方向利用“”表示，即與紙面垂直，并朝向紙里面。實(shí)驗(yàn)表明，MN將受到安培力的作用，從而向上運(yùn)動(dòng)。該力F的大小與直導(dǎo)線的長(zhǎng)度l、電流強(qiáng)度I以及該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度有關(guān)，即： F=BIl （3-11） 圖3-11通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的受力第29頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五

23、事實(shí)上，磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義式便來(lái)自于此。這里需要注意，只有位于磁場(chǎng)中的導(dǎo)線部分才受到磁場(chǎng)的作用力，位于磁場(chǎng)外面的導(dǎo)線部分不受磁場(chǎng)的作用力。 如果將通電直導(dǎo)線與磁場(chǎng)的方向平行放置，那么導(dǎo)線將不受力，如圖3-12所示。如果通電直導(dǎo)線的位置與磁場(chǎng)的方向有一定的夾角，如圖3-13所示，那么它所受到的作用力將變?yōu)椋篎=BIlsin（3-12） 圖3-12通電直導(dǎo)線與磁場(chǎng)的方向平行 圖3-13通電直導(dǎo)線與磁場(chǎng)有一定的夾角第30頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五 這說(shuō)明只有與導(dǎo)線垂直的磁場(chǎng)部分，即Bsin對(duì)導(dǎo)線有力的作用，而與導(dǎo)線平行的磁場(chǎng)部分，即Bcos對(duì)導(dǎo)線不產(chǎn)生力的作用。 通電導(dǎo)線

24、在磁場(chǎng)中受力的方向可以利用左手定則判斷。左手定則的內(nèi)容是：伸平左手，大拇指和四指垂直，讓磁力線垂直穿過(guò)掌心，四指指向?qū)Ь€中電流的方向，大拇指的指向便是導(dǎo)線的受力方向。根據(jù)左手定則可知，通電導(dǎo)線的電流方向、磁力線的方向、導(dǎo)線的受力方向三者是相互垂直的。 磁場(chǎng)對(duì)通電的矩形線圈同樣有作用力，直流電壓表、電流表和直流電動(dòng)機(jī)等都是應(yīng)用這種原理制成的，具體的分析方法與通電直導(dǎo)線的類似。第31頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五第五節(jié) 電 磁 感 應(yīng)一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象如圖3-14所示，在磁鐵插入或拔出線圈的過(guò)程中（穿過(guò)線圈的磁通發(fā)生變化），在導(dǎo)體切割磁力線時(shí)，檢流計(jì)的指針都發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。這說(shuō)

25、明有電動(dòng)勢(shì)和電流產(chǎn)生。我們把利用磁場(chǎng)產(chǎn)生電流的現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng)，產(chǎn)生的電流叫做感應(yīng)電流，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫做感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。穿過(guò)線圈的磁通發(fā)生變化或?qū)Ь€切割磁力線，這些是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的條件。電路中有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，不一定會(huì)有感應(yīng)電流。產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況有：（1）當(dāng)閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)里做切割磁力線的運(yùn)動(dòng)時(shí)，電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流；（2）當(dāng)磁體相對(duì)靜止的閉合電路運(yùn)動(dòng)時(shí)，電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流；（3）當(dāng)磁體和閉合電路都保持靜止，而使穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生改變時(shí)，電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流。第32頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五 圖3-14 電磁感應(yīng)實(shí)際上，上述（1）、（2）兩種情況也可歸結(jié)為

26、穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生改變時(shí)電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流。所以，不論采用什么方法，只要穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就有電流產(chǎn)生。電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電能不是憑空產(chǎn)生的，它們或者是其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，或者是電能在不同電路中的轉(zhuǎn)移，電磁感應(yīng)現(xiàn)象仍遵循能量守恒定律。第33頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五 下面分析通電直導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中切割磁力線時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。如圖3-15所示，導(dǎo)線cd與磁力線垂直，令其沿著垂直于磁力線的方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)線由cd的位置運(yùn)動(dòng)到cd時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e=/t=2-1/t。由于1=Blx1，2=Blx2，所以：e=Blx2-Blx1/t=

27、Blx2-x1/t 圖3-15導(dǎo)線切割磁力線第34頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五 由于導(dǎo)線做勻速直線運(yùn)動(dòng)，x2-x1/t便是其運(yùn)動(dòng)的速度v。因此，在磁場(chǎng)的方向與導(dǎo)線及其運(yùn)動(dòng)的方向相互垂直時(shí)，導(dǎo)線中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為： e=Blv （3-14）如果導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)的方向并不垂直，而是有一定的夾角 ，此時(shí)導(dǎo)線中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為： e=Blvsin （3-15） 這時(shí)可以通過(guò)將導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)的速度分成兩個(gè)分量，即與磁場(chǎng)方向垂直的分量以及與磁場(chǎng)方向平行的分量來(lái)進(jìn)行分析。注意，與磁場(chǎng)方向垂直的分量產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而與磁場(chǎng)方向平行的分量并不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律

28、只能確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，而感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向要用楞次定律來(lái)確定。第35頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五 三、感應(yīng)電流的方向及楞次定律感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在電路中的作用與電源相同，其方向與電源電動(dòng)勢(shì)的方向相同，即由負(fù)極指向正極。 1.右手定則 右手定則常用來(lái)確定導(dǎo)體切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。如圖 3-16 所示，伸平右手，讓四指與大拇指垂直，磁力線從手心穿過(guò)，大拇指指向?qū)w切割磁力線運(yùn)動(dòng)的方向，四指所指的方向即為導(dǎo)體中感應(yīng)電流的方向。 圖3-16右手定則第36頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五 需要注意的是，電動(dòng)勢(shì)的方向是由負(fù)極指向正極的，如果導(dǎo)

29、體通過(guò)導(dǎo)線與電路連接，導(dǎo)體中的感應(yīng)電流的方向是由負(fù)極流向正極。這時(shí)的導(dǎo)體相當(dāng)于一個(gè)電源，因此，可先假定電路是閉合的，利用右手判斷電路中感應(yīng)電流的方向，再根據(jù)電源內(nèi)部電流的方向由負(fù)極流向正極的方法來(lái)確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。第37頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五 2.用楞次定律判斷感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)的變化，這就是楞次定律。 電流周圍存在磁場(chǎng)，感應(yīng)電流周圍同樣存在磁場(chǎng)。感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)的變化。也就是說(shuō)，當(dāng)引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)減弱時(shí)，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向相同；當(dāng)引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)增強(qiáng)時(shí)，

30、感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向相反。用楞次定律判斷感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方法和步驟是：（1）先確定引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向和強(qiáng)弱怎樣變化；（2）根據(jù)楞次定律,確定感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向；（3）用右手定則判斷感應(yīng)電流的方向；（4）根據(jù)在導(dǎo)體或線圈中,感應(yīng)電流是由負(fù)極流向正極的原則確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。第38頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五第六節(jié) 電 感一、電感器電感器是一種儲(chǔ)能元件，它能把電能轉(zhuǎn)換為磁場(chǎng)能。電感器是無(wú)線電設(shè)備中的重要元件之一，它與電阻、電容、晶體二極管、晶體三極管等電子器件進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐浜希蓸?gòu)成各種功能的電子線路。由于電感器一般由線圈構(gòu)成，所以又稱為電

31、感線圈。電感線圈是把導(dǎo)線（漆包線、紗包或裸導(dǎo)線）一圈靠一圈（導(dǎo)線間彼此互相絕緣）地繞在絕緣管（絕緣體、鐵芯或磁芯）上制成的。電感器的種類很多，按電感形式可分為固定電感和可變電感；按導(dǎo)磁體性質(zhì)可分為空芯線圈、鐵氧體線圈、鐵芯線圈、銅芯線圈；按工作性質(zhì)可分為天線線圈、振蕩線圈、扼流線圈、陷波線圈、偏轉(zhuǎn)線圈；按繞線結(jié)構(gòu)可分單層線圈、多層線圈、蜂房式線圈；按工作頻率可分為高頻線圈、低頻線圈；按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為磁芯線圈、可變電感線圈、色碼電感線圈、無(wú)磁芯線圈等。第39頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五幾種常見(jiàn)的電感線圈如圖3-18所示。 (a)單層空心線圈 (b)多層空心線圈 (c)扼

32、流線圈 (d)鐵氧體電感線圈 (e)日光燈鎮(zhèn)流器 圖3-18幾種常見(jiàn)的電感線圈電感器在電路模型中的符號(hào)如圖3-19所示。 (a)空心電感線圈(b)鐵芯電感線圈(c)實(shí)際電感線圈 圖3-19電感器的電路符號(hào)第40頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五 二、電感 當(dāng)一個(gè)線圈通有電流時(shí)，這個(gè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)使每匝線圈具有的磁通稱為自感磁通，N匝線圈具有的磁通稱為自感磁鏈。我們把線圈中通過(guò)單位電流所產(chǎn)生的自感磁鏈稱為自感系數(shù)，簡(jiǎn)稱電感，即： L=/I=N/I （3-16） 式中，L為線圈的電感量，I為通過(guò)線圈的電流，為由I產(chǎn)生的自感磁通，為自感磁鏈，=N。 在國(guó)際單位制中，電感的單位是

33、亨利（H）（簡(jiǎn)稱為亨）。在電子技術(shù)中，電感的單位還常使用毫亨（mH）和微亨（H），它們之間的換算關(guān)系是： 1H=103mH=106H 電感反映了不同線圈產(chǎn)生自感磁鏈的能力。同一電流通過(guò)結(jié)構(gòu)不同的線圈時(shí)，線圈內(nèi)產(chǎn)生的自感磁鏈也不相同。第41頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五 1.空心線圈的電感 繞在非鐵磁性材料做成的骨架上的線圈叫做空心電感線圈。空心線圈附近只要不存在鐵磁性材料，其電感便是一個(gè)常數(shù)。該常數(shù)與電流的大小無(wú)關(guān)，只由線圈本身的性質(zhì)決定，即只決定于線圈截面積的大小、幾何形狀與匝數(shù)多少。我們稱這種電感為線性電感，其特性如圖 3-20 所示。 圖3-20 空心線圈的-I

34、曲線第42頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五 2.鐵芯線圈的電感 在空心電感線圈內(nèi)放置鐵磁性材料制成的鐵芯，這種線圈叫做鐵芯電感線圈。通過(guò)鐵芯電感線圈的電流和磁鏈不呈正比例關(guān)系，即/I不是常數(shù)。由于對(duì)于一個(gè)確定的電感線圈，磁場(chǎng)強(qiáng)度H與通過(guò)的電流I成正比，磁感應(yīng)強(qiáng)度B與線圈的磁通鏈成正比，因而與I的曲線和B與H的曲線形狀相同，如圖3-21所示。 圖3-21鐵芯線圈的-I曲線第43頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五 從圖3-21中可以看出，電感的大小隨電流的變化而變化，這種電感叫做非線性電感。有時(shí)為了增大電感，常常在線圈中放置鐵芯或磁芯，使單位電流產(chǎn)生的

35、磁鏈增大，從而達(dá)到增加電感的目的。例如收音機(jī)中的中周（即中頻變壓器），就是通過(guò)在線圈中放置磁芯來(lái)獲得較大電感的。第44頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五3.環(huán)形螺旋線圈的電感假定環(huán)形螺旋線圈均勻地繞在磁導(dǎo)率為的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(zhǎng)為l。這種線圈的磁通可近似認(rèn)為集中在線圈內(nèi)部，而且磁通在圓環(huán)截面S上均勻分布。當(dāng)線圈內(nèi)通過(guò)電流I時(shí)，線圈內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的計(jì)算公式為：B=NI/l磁通為：=BS=NIS/l第45頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五根據(jù)電感與磁鏈的關(guān)系N=LI，可知： L=N2S/l （3-17）由此可見(jiàn)，螺旋線圈

36、的電感與線圈的尺寸（線圈的平均周長(zhǎng)和線圈的截面積）、線圈的匝數(shù)和線圈環(huán)繞的材料的磁特性等有關(guān)，與線圈中通過(guò)的電流的大小無(wú)關(guān)。這與電容器比較相似，電容器的電容也是由本身的特性決定的，與外加的電壓和它所存儲(chǔ)的電荷等無(wú)關(guān)。 第46頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五三、磁場(chǎng)的能量我們知道，電容器上存儲(chǔ)的電荷越多，電容器的電容越大，電容器中的電場(chǎng)能量也越大。電感線圈作為另一類儲(chǔ)能元件，其中存儲(chǔ)的磁場(chǎng)能量與電容器中存儲(chǔ)的電場(chǎng)能量有相似的特點(diǎn)，即當(dāng)線圈中的電流越強(qiáng)，線圈的電感越大時(shí)，線圈中的磁場(chǎng)能量也越大。磁場(chǎng)能量可以利用下面的公式計(jì)算： WL=1/2LI2 （3-18）式中，WL為磁

37、場(chǎng)的能量，L為線圈的電感，I為線圈中的電流強(qiáng)度。第47頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五第七節(jié) 自感現(xiàn)象和自感電動(dòng)勢(shì) 一、自感現(xiàn)象 在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，由于導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象叫做自感現(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)叫做自感電動(dòng)勢(shì)。 在圖3-22所示電路中，把小燈泡A和帶鐵芯的線圈L并聯(lián)在直流電路里。當(dāng)開(kāi)關(guān)合上使小燈泡發(fā)光后，再斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，這時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，在斷開(kāi)開(kāi)關(guān)的一瞬間，小燈泡突然發(fā)出很強(qiáng)的光，然后再熄滅。為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？ 圖3-22 自感現(xiàn)象第48頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五這是由于線圈的自感造成的。在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的瞬間，通過(guò)線圈的電流突然減小，穿過(guò)線圈的磁通量也將很快減小，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，在線圈中將感生出電動(dòng)勢(shì)。盡管這時(shí)電源已不再給小燈泡供電，但是由于線圈與小燈泡構(gòu)成了閉合回路，線圈內(nèi)的感生電動(dòng)勢(shì)可為線圈提供短暫的電源，因此，小燈泡不會(huì)立即熄滅。第49頁(yè)，共54頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)41分，星期五 二、自感電動(dòng)勢(shì)根據(jù)電磁感