DG_06電磁感應

1、第六章第六章電磁感應電磁感應第六章電磁感應第六章電磁感應 1用楞次定律判斷感應電流和感應電動勢方向。用楞次定律判斷感應電流和感應電動勢方向。2自感現(xiàn)象、互感現(xiàn)象及有關計算。自感現(xiàn)象、互感現(xiàn)象及有關計算。教學重點教學重點1理解電磁感應現(xiàn)象，掌握產生電磁感應的條件及感應電理解電磁感應現(xiàn)象，掌握產生電磁感應的條件及感應電流方向的判斷。流方向的判斷。2理解感應電動勢的概念，掌握電磁感應定律及有關的計理解感應電動勢的概念，掌握電磁感應定律及有關的計算。算。3理解自感、互感現(xiàn)象及自感系數(shù)、互感系數(shù)的概念，了理解自感、互感現(xiàn)象及自感系數(shù)、互感系數(shù)的概念，了解自感現(xiàn)象和互感現(xiàn)象在實際中的應用。解自感現(xiàn)象和互感

2、現(xiàn)象在實際中的應用。4理解互感線圈的同名端概念，掌握互感線圈的串聯(lián)。理解互感線圈的同名端概念，掌握互感線圈的串聯(lián)。5理解電感器的儲能特性及在電路中能量的轉化規(guī)律，了理解電感器的儲能特性及在電路中能量的轉化規(guī)律，了解磁場能量的計算。解磁場能量的計算。教學難點教學難點學時分配學時分配序號序號 內內 容容學時學時1 第一節(jié)電磁感應現(xiàn)象第一節(jié)電磁感應現(xiàn)象 12 第二節(jié)感應電流的方向第二節(jié)感應電流的方向 13 實驗實驗 6.1楞次定律楞次定律 24 第三節(jié)電磁感應定律第三節(jié)電磁感應定律 15 第四節(jié)自感現(xiàn)象第四節(jié)自感現(xiàn)象 16 第五節(jié)互感現(xiàn)象第五節(jié)互感現(xiàn)象 17 第六節(jié)互感線圈的同名端和串聯(lián)第六節(jié)互感線

3、圈的同名端和串聯(lián) 18 第七節(jié)渦流和磁屏蔽第七節(jié)渦流和磁屏蔽 19 本章小結本章小結110 本章總學時本章總學時 10第六章電磁感應第六章電磁感應 第一節(jié)第一節(jié) 電磁感應現(xiàn)象電磁感應現(xiàn)象第二節(jié)第二節(jié) 感應電流的方向感應電流的方向第三節(jié)第三節(jié) 電磁感應定律電磁感應定律第四節(jié)第四節(jié) 自感現(xiàn)象自感現(xiàn)象第五節(jié)第五節(jié) 互感現(xiàn)象互感現(xiàn)象本章小結本章小結第六節(jié)第六節(jié) 互感線圈的同名端和串聯(lián)互感線圈的同名端和串聯(lián)第七節(jié)第七節(jié) 渦流和磁屏蔽渦流和磁屏蔽第一節(jié)第一節(jié) 電磁感應現(xiàn)象電磁感應現(xiàn)象一、磁感應現(xiàn)象一、磁感應現(xiàn)象二、磁感應條件二、磁感應條件在發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應后，人們自然想到：既然電能夠產生磁，在發(fā)現(xiàn)了電流

4、的磁效應后，人們自然想到：既然電能夠產生磁，磁能否產生電呢？磁能否產生電呢？ 由實驗可知，當閉合回路中一部分導體在磁場中做切割磁感線由實驗可知，當閉合回路中一部分導體在磁場中做切割磁感線運動時，回路中就有電流產生。運動時，回路中就有電流產生。動畫動畫 M6-1 電磁感應（電磁感應（1） 一、磁感應現(xiàn)象一、磁感應現(xiàn)象當穿過閉合線圈的磁通發(fā)生變化時，線圈中有電流產生。當穿過閉合線圈的磁通發(fā)生變化時，線圈中有電流產生。在一定條件下，由磁產生電的現(xiàn)象，稱為在一定條件下，由磁產生電的現(xiàn)象，稱為電磁感應現(xiàn)象電磁感應現(xiàn)象，產，產生的電流叫生的電流叫感應電流感應電流。動畫動畫 M6-2 電磁感應（電磁感應（2

5、）動畫動畫 M6-3 電磁感應（電磁感應（3）上述幾個實驗，其實質上是通過不同的方法改變了穿過閉合回上述幾個實驗，其實質上是通過不同的方法改變了穿過閉合回路的路的磁通磁通。因此，產生電磁感應的條件是：。因此，產生電磁感應的條件是：當穿過閉合回路的磁通發(fā)生變化時，回路中就有感應電流產生。當穿過閉合回路的磁通發(fā)生變化時，回路中就有感應電流產生。 二、磁感應條件二、磁感應條件第二節(jié)第二節(jié) 感應電流的方向感應電流的方向一、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當閉合回路中一部分導體作切割磁感線運動時，所產生的感應當閉合回路中一部分導體作

6、切割磁感線運動時，所產生的感應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，伸開右手，使拇指與四指垂直，并都跟手掌在一個平面內，讓磁感線穿入手心，拇指指向導體運動方向，四指所指的即為感讓磁感線穿入手心，拇指指向導體運動方向，四指所指的即為感應電流的方向。應電流的方向。動畫動畫M6-1電磁感應（電磁感應（1） 一、右手定則一、右手定則動畫動畫M6-4 楞次定律楞次定律二、楞次定律二、楞次定律當磁鐵插入線圈時，原磁通在增加，線圈所產生的感應電流當磁鐵插入線圈時，原磁通在增加，線圈所產生的感應電流的磁場方向總是與原磁場方向相反，即感應電

7、流的磁場總是阻礙的磁場方向總是與原磁場方向相反，即感應電流的磁場總是阻礙原磁通的增加；原磁通的增加；當磁鐵拔出線圈時，原磁通在減少，線圈所產生的感應電流當磁鐵拔出線圈時，原磁通在減少，線圈所產生的感應電流的磁場方向總是與原磁場方向相同，即感應電流的磁場總是阻礙的磁場方向總是與原磁場方向相同，即感應電流的磁場總是阻礙原磁通的減少。原磁通的減少。因此，得出結論：因此，得出結論：當將磁鐵插入或拔出線圈時，線圈中感應電流所產生的磁場當將磁鐵插入或拔出線圈時，線圈中感應電流所產生的磁場方向，總是阻礙原磁通的變化。這就是方向，總是阻礙原磁通的變化。這就是楞次定律楞次定律的內容。的內容。根據(jù)楞次定律判斷出感

8、應電流磁場方向，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電流方向。即可判斷出線圈中的感應電流方向。1 1楞次定律楞次定律2判斷步驟判斷步驟 由于線圈中所產生的感應電流磁場總是阻礙原磁通的變化，由于線圈中所產生的感應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動，因此，要想保持它們的相對運即阻礙磁鐵與線圈的相對運動，因此，要想保持它們的相對運動，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化為電能，即線圈中的電流不是憑空產生的。轉化為電能，即線圈中的電流不是憑空產生的。

9、感應電流方向感應電流方向 )(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相相同同或或相相反反與與方方向向感感應應電電流流磁磁場場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右手定則和楞次定律都可用來判斷感應電流的方向，兩種右手定則和楞次定律都可用來判斷感應電流的方向，兩種方法本質是相同的，所得的結果也是一致的。方法本質是相同的，所得的結果也是一致的。 右手定則適用于判斷導體切割磁感線的情況，而楞次定律右手定則適用于判斷導體切割磁感線的情況，而楞次定律是判斷感應電流方向的普遍規(guī)律。是判斷感應電流方向的普遍規(guī)律。動畫動畫 M

10、6-5 感生電流方向感生電流方向三、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第三節(jié)第三節(jié) 電磁感應定律電磁感應定律一、感應電動勢一、感應電動勢二、電磁感應定律二、電磁感應定律三、說明三、說明注意注意：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。 在電源內部，電流從電源負極流向正極，電動勢的方向也是在電源內部，電流從電源負極流向正極，電動勢的方向也是由負極指向正極，因此由負極指向正極，因此感應電動勢的方向感應電動勢的方向與感應電流的方向一致，與感應電流的方向一致，仍可用右手定則和楞次定律來判斷。仍可用右手定則和楞次定律來判斷。一、感應電動勢一

11、、感應電動勢1感應電動勢感應電動勢電磁感應現(xiàn)象中，閉合回路中產生了感應電流，說明回路電磁感應現(xiàn)象中，閉合回路中產生了感應電流，說明回路中有電動勢存在。在電磁感應現(xiàn)象中產生的電動勢叫中有電動勢存在。在電磁感應現(xiàn)象中產生的電動勢叫感應電動感應電動勢勢。產生感應電動勢的那部分導體，就相當于電源，如在磁場。產生感應電動勢的那部分導體，就相當于電源，如在磁場中切割磁感線的導體和磁通發(fā)生變化的線圈等。中切割磁感線的導體和磁通發(fā)生變化的線圈等。2感應電動勢的方向感應電動勢的方向感應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，電路中就有感應電動勢產生

12、，與電路是否閉合無關。生變化，電路中就有感應電動勢產生，與電路是否閉合無關。若電路是閉合的，則電路中有感應電流，若外電路是斷開若電路是閉合的，則電路中有感應電流，若外電路是斷開的，則電路中就沒有感應電流，只有感應電動勢。的，則電路中就沒有感應電流，只有感應電動勢。3感應電動勢與電路是否閉合無關感應電動勢與電路是否閉合無關1電磁感應定律電磁感應定律tE 對于對于N 匝線圈，有匝線圈，有 tNNtNE12 式中式中N 表示磁通與線圈匝數(shù)的乘積，稱為磁鏈用表示磁通與線圈匝數(shù)的乘積，稱為磁鏈用 表示。表示。即即 tE 于是于是二、電磁感應定律二、電磁感應定律 = N 大量的實驗表明：大量的實驗表明：單

13、匝線圈中產生的感應電動勢的大小，與穿過線圈的磁通變單匝線圈中產生的感應電動勢的大小，與穿過線圈的磁通變化率化率 / t成正比，即成正比，即2直導線在磁場中切割磁感線直導線在磁場中切割磁感線動畫動畫 M6-6感應電動勢感應電動勢 如圖如圖 6-1 所示，所示，abcd 是一個矩形線圈，它處于磁感應強度為是一個矩形線圈，它處于磁感應強度為 B 的勻強磁場中，線圈平面和磁場垂直，的勻強磁場中，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。設上自由滑動。設 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，時間內，由位置由位置 ab 滑動到滑動到

14、a b ，利用電磁感應定律，利用電磁感應定律，ab 中產生的感應電中產生的感應電動勢大小為動勢大小為vvBlttBltSBtE vBlE 即即圖圖 6-1導體切割磁感線產生的感應電動勢導體切割磁感線產生的感應電動勢 上式適用于上式適用于 的情況。的情況。 如圖如圖 6-2 所示，設速度所示，設速度 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

15、圖 6-2 B 與與 v 不垂直時的感應電動勢不垂直時的感應電動勢 上式表明，在磁場中，運動導線產生的感應電動勢的大上式表明，在磁場中，運動導線產生的感應電動勢的大小與磁感應強度小與磁感應強度 B、導線長度、導線長度 l、導線運動速度、導線運動速度 v 以及運動方以及運動方向與磁感線方向之間夾角的正弦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 上感應電流的方向。上感應電流的方向。若電路閉合，且電阻為若電路閉合，且電阻為 R，則電路中的電流為，則電路中的電流為REI 因此，導線中產生的感應電動勢為因此，導線中產生的感應電動勢為 E B l v2

16、B l v sin 三、說明三、說明1利用公式利用公式 計算感應電動勢時，若計算感應電動勢時，若 v 為平均速度，為平均速度，則計算結果為平均感應電動勢；若則計算結果為平均感應電動勢；若 v 為瞬時速度，則計算結果為為瞬時速度，則計算結果為瞬時感應電動勢。瞬時感應電動勢。 2利用公式利用公式 計算出的結果為計算出的結果為 t 時間內感應電動勢時間內感應電動勢的平均值。的平均值。vlBE tE 【例【例6-1】在圖】在圖 6-1中，設勻強磁場的磁感應強度中，設勻強磁場的磁感應強度 B 為為 0.1 T，切割磁感線的導線長度，切割磁感線的導線長度l 為為 40 cm，向右運動的速，向右運動的速度度

17、 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) )感應電動勢的大??；感應電動勢的大??；( (2) )感應電流的大小和方向；感應電流的大小和方向；( (3) )使導線向右勻速運動所需的外力使導線向右勻速運動所需的外力;( (4) )外力做功的功率；外力做功的功率；( (5) )感應電流的功率。感應電流的功率。解解: ( (1) )線圈中的感應電動勢為線圈中的感應電動勢為( (2) )線圈中的感應電流線圈中的感應電流為為由右手定則可判斷出感應電流方向為由右手定則可判斷出感應電流方向為 abcd 。V2 . 0V54 . 01 . 0 vBlEA4 .

18、 0A5 . 02 . 0 REI( (3) )由于由于 ab 中產生了感應電流，電流在磁場中將受到安培力中產生了感應電流，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 勻速向右運動，必須施勻速向右運動，必須施加一個與安培力大小相等，方向相反的外力。所以，外力大小為加一個與安培力大小相等，方向相反的外力。所以，外力大小為 N016. 0N4 . 04 . 01 . 0 BIlF外力方向向右。外力方向向右。 (4) 外力做功的功率為外

19、力做功的功率為 W08. 0W5016. 0 FuP(5) 感應電流的功率為感應電流的功率為 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?！纠纠?-2】在一個】在一個 B = 0.01 T 的勻強磁場里，放一個面積為的勻強磁場里，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，把線圈平面內，把線圈平面從與磁感線平行的位置轉過從與磁感線平行的位置轉過 90，變成與磁感線垂直，求這，變成與磁感線垂直，求這個過程中感應電動勢的平均值。個過程中感應電動

20、勢的平均值。解：解： 在在0.1 s 時間內，穿過線圈平面的磁通變化量為時間內，穿過線圈平面的磁通變化量為Wb101Wb001. 001. 00512 BS 感應電動勢為感應電動勢為 V05. 0V1 . 01015005 tNE 第四節(jié)第四節(jié) 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、電感的計算三、電感的計算四、自感電動勢四、自感電動勢五、自感現(xiàn)象的應用五、自感現(xiàn)象的應用六、自感的危害六、自感的危害七、磁場能量七、磁場能量當線圈中的電流變化時，線圈本身就產生了感應電動勢，當線圈中的電流變化時，線圈本身就產生了感應電動勢，這個電動勢總是阻礙線圈中電流的變化。這種由于線

21、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)生變化而產生電磁感應的現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象，簡稱自感。在流發(fā)生變化而產生電磁感應的現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象，簡稱自感。在自感現(xiàn)象中產生的感應電動勢，叫自感電動勢。自感現(xiàn)象中產生的感應電動勢，叫自感電動勢。動畫動畫 M6-7 自感現(xiàn)象自感現(xiàn)象一、自感現(xiàn)象一、自感現(xiàn)象 考慮自感電動勢與線圈中電流變化的定量關系。當電流流考慮自感電動勢與線圈中電流變化的定量關系。當電流流過回路時，回路中產生磁通，叫過回路時，回路中產生磁通，叫自感磁通自感磁通，用，用 L 表示。當線圈表示。當線圈匝數(shù)為匝數(shù)為 N 時，線圈的時，線圈的自感磁鏈自感磁鏈為為 同一電流流過不

22、同的線圈，產生的磁鏈不同，為表示各個同一電流流過不同的線圈，產生的磁鏈不同，為表示各個線圈產生自感磁鏈的能力，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 表示表示ILL 即即 L 是一個線圈通過單位電流時所產生的磁鏈。電感的單是一個線圈通過單位電流時所產生的磁鏈。電感的單位是亨利位是亨利 ( (H) ) 以及毫亨以及毫亨 ( (mH) ) 、微亨、微亨 ( ( H) ) ，它們之間的關系，它們之間的關系為為 1 H = 103 mH = 106 H二、自感系數(shù)二、自感系數(shù) L = N L這

23、里介紹環(huán)形螺旋線圈電感的計算方法。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，可近似認為磁通都集中在線圈的內部，而且磁通在截面似認為磁通都集中在線圈的內部，而且磁通在截面 S 上的分布上的分布是均勻的。當線圈通過電流是均勻的。當線圈通過電流I時，線圈內的磁感應強度時，線圈內的磁感應強度 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

24、計算三、電感的計算說明：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)和媒介質的磁導率有關，而與線圈中有無電流及的尺寸、匝數(shù)和媒介質的磁導率有關，而與線圈中有無電流及電流的大小無關。電流的大小無關。( (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，也可用上式近似計算線圈的電感，此時可用上式近似計算線圈的電感，此時l是鐵心的平均長度；若線是鐵心的平均長度；若線圈不閉合，不能用上式計算。圈不閉合，不能用上式計算。( (3) ) 由于磁導率由于磁導率 不是常數(shù)，隨電

25、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。 ，將，將 LIL 由電磁感應定律，可得自感電動勢由電磁感應定律，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流的變化率成正比。當線圈中自感電動勢的大小與線圈中電流的變化率成正比。當線圈中的電流在的電流在 1s 內變化內變化 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、自感電動勢自感現(xiàn)象在各種

26、電氣設備和無線電技術中有著廣泛的應用。自感現(xiàn)象在各種電氣設備和無線電技術中有著廣泛的應用。熒光燈的鎮(zhèn)流器就是利用線圈自感的一個例子。如圖熒光燈的鎮(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)象的應用五、自感現(xiàn)象的應用圖圖 6-3熒光燈電路圖熒光燈電路圖 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，啟輝器的結構如圖鐵心的線圈，啟輝器的結構如圖 6-4 所示。所示。1結構結構圖圖 6-4啟輝器結構圖啟輝器結構圖 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

27、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充有稀薄的汞蒸氣，當汞蒸氣導電時，就發(fā)出燈管內充有稀薄的汞蒸氣，當汞蒸氣導電時，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)汞蒸氣導電所需的電壓比汞蒸氣導電所需的電壓比 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

28、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)流器來達到的。達到的。2工作原理工作原理當開關閉合后，電源把電壓加在起動器的兩極之間，使氖當開關閉合后，電源把電壓加在起動器的兩極之間，使氖氣放電而發(fā)出輝光，輝光產生的熱量使氣放電而發(fā)出輝光，輝光產生的熱量使U形片膨脹伸長，跟靜形片膨脹伸長，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。有電流通過。

29、電流接通后，啟輝器中的氖氣停止放電，電流接通后，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，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，

30、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發(fā)生了很大變化，會產生很高的自感電動勢，在斷開處形成電弧，這很大變化，會產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，甚至會危及工作人員的安全。因此，切斷這不僅會燒壞開關，甚至會危及工作人員的安全。因此，切斷這類電源必須采用特制的安全開關。類電源必須采用特制的安全開關。 六、自感的危害六、自感的危害電感線圈也是一個儲能元件。經過高等數(shù)學推導，線圈中電感線圈也是一

31、個儲能元件。經過高等數(shù)學推導，線圈中儲存的磁場能量為儲存的磁場能量為 221LIWL 當線圈中通有電流時，線圈中就要儲存磁場能量，通過線當線圈中通有電流時，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，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、磁場能量與電場能量相比，磁場能量和電場能量有許多相同的特點：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

32、量和電場能量在電路中的轉化都是可逆的。例磁場能量和電場能量在電路中的轉化都是可逆的。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；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，磁場減弱，磁場能量通過電磁感應的作用，隨著電流的減小，磁場減弱，磁場能量通過電磁感應的作用，又轉化為電能。因此，線圈和電容器一樣是儲能元件，而不是又轉化為電能。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。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。式相同。 第五節(jié)第五節(jié) 互感現(xiàn)象互

33、感現(xiàn)象一、互感現(xiàn)象一、互感現(xiàn)象二、互感系數(shù)二、互感系數(shù)三、耦合系數(shù)三、耦合系數(shù)四、互感電動勢四、互感電動勢動畫動畫M6-8 互感現(xiàn)象互感現(xiàn)象由于一個線圈的電流變化，導致另一個線圈產生感應電動由于一個線圈的電流變化，導致另一個線圈產生感應電動勢的現(xiàn)象，稱為勢的現(xiàn)象，稱為互感現(xiàn)象互感現(xiàn)象。在互感現(xiàn)象中產生的感應電動勢，。在互感現(xiàn)象中產生的感應電動勢，叫叫互感電動勢互感電動勢。一、互感現(xiàn)象一、互感現(xiàn)象 如圖如圖 6-5 所示，所示，N1、N2 分別為兩個線圈的匝數(shù)。當線圈分別為兩個線圈的匝數(shù)。當線圈中有電流通過時，產生的自感磁通為中有電流通過時，產生的自感磁通為 1 11，自感磁鏈為，自感磁鏈為 1

34、1 = N1 11。 11 的一部分穿過了線圈的一部分穿過了線圈 ，這一部分磁通稱為互感磁，這一部分磁通稱為互感磁通通 21。同樣，當線圈。同樣，當線圈通有電流時，它產生的自感磁通通有電流時，它產生的自感磁通 22 有有一部分穿過了線圈一部分穿過了線圈，為互感磁通，為互感磁通 12。二、互感系數(shù)二、互感系數(shù)圖圖 6-5 互感互感設磁通設磁通 21 穿過線圈穿過線圈的所有各匝，則線圈的所有各匝，則線圈的互感磁鏈的互感磁鏈 由于由于 21是線圈是線圈中電流中電流i1產生的，因此產生的，因此 21是是i1的函數(shù)，即的函數(shù)，即 M21稱為線圈稱為線圈對線圈對線圈的的互感系數(shù)互感系數(shù)，簡稱，簡稱互感互感

35、。 21 = N2 21 21 = M21 i1同理，互感磁鏈同理，互感磁鏈 12 = N1 12 是由線圈是由線圈中的電流中的電流 i2 產生，產生，因此它是因此它是i2的函數(shù)，即的函數(shù)，即 可以證明，當只有兩個線圈時，有可以證明，當只有兩個線圈時，有1221212121MiiMM 在國際單位制中，互感在國際單位制中，互感 M 的單位為亨利的單位為亨利 ( (H) )。 互感互感 M 取決于兩個耦合線圈的幾何尺寸、匝數(shù)、相對位置取決于兩個耦合線圈的幾何尺寸、匝數(shù)、相對位置和媒介質。當媒介質是非鐵磁性物質時，和媒介質。當媒介質是非鐵磁性物質時，M 為常數(shù)。為常數(shù)。 12 = M12 i21研究

36、兩個線圈的互感系數(shù)和自感系數(shù)之間的關系。研究兩個線圈的互感系數(shù)和自感系數(shù)之間的關系。 設設 K1、K2 為各線圈產生的互感磁通與自感磁通的比值，即為各線圈產生的互感磁通與自感磁通的比值，即 K1、K2 表示每一個線圈所產生的磁通有多少與相鄰線圈相交鏈。表示每一個線圈所產生的磁通有多少與相鄰線圈相交鏈。 21112111122111211NNNNK 111121LiMi 、 由于由于 所以所以211211112111211NLMNNiLNMiNNK 同理得同理得12222122NLMNK 三、耦合系數(shù)三、耦合系數(shù)K1 與與 K2 的幾何平均值叫做線圈的的幾何平均值叫做線圈的交鏈系數(shù)交鏈系數(shù)或或耦

37、合系數(shù)耦合系數(shù)，用用 K表示，即表示，即2112221121LLMNLMNNLMNKKK 耦合系數(shù)用來說明兩線圈間的耦合程度，因為耦合系數(shù)用來說明兩線圈間的耦合程度，因為 111211 K122122 K所以所以 K的值在的值在0與與1之間之間 當當 K = 1 時，說明兩個線圈耦合得最緊，一個線圈產生的磁時，說明兩個線圈耦合得最緊，一個線圈產生的磁通全部與另一個線圈相交鏈，其中沒有漏磁通，因此產生的互感通全部與另一個線圈相交鏈，其中沒有漏磁通，因此產生的互感最大，這種情況又稱為最大，這種情況又稱為全耦合全耦合。 當當 K = 0 時，說明線圈產生的磁通互不交鏈，因此不存在時，說明線圈產生的磁

38、通互不交鏈，因此不存在互感；互感；互感系數(shù)決定于兩線圈的自感系數(shù)和耦合系數(shù)互感系數(shù)決定于兩線圈的自感系數(shù)和耦合系數(shù)21LLKM 設兩個靠得很近的線圈，當?shù)谝粋€線圈的電流設兩個靠得很近的線圈，當?shù)谝粋€線圈的電流 i1 發(fā)生變化發(fā)生變化時，將在第二個線圈中產生互感電動勢時，將在第二個線圈中產生互感電動勢 EM2，根據(jù)電磁感應定，根據(jù)電磁感應定律，可得律，可得tEM212 tiMtMiEM112)( 設兩線圈的互感系數(shù)設兩線圈的互感系數(shù) M 為常數(shù)，將為常數(shù)，將 代入上式，得代入上式，得121Mi 四、互感電動勢四、互感電動勢同理，當?shù)诙€線圈中電流同理，當?shù)诙€線圈中電流 i2 發(fā)生變化時，在第一

39、個線圈發(fā)生變化時，在第一個線圈中產生互感電動勢中產生互感電動勢 EM1 為為 tiMEM21 上式說明，線圈中的互感電動勢，與互感系數(shù)和另一線圈上式說明，線圈中的互感電動勢，與互感系數(shù)和另一線圈中電流的變化率的乘積成正比。中電流的變化率的乘積成正比?；ジ须妱觿莸姆较?，可用楞次定律來判斷?；ジ须妱觿莸姆较?，可用楞次定律來判斷。互感現(xiàn)象在電工和電子技術中應用非常廣泛，如電源變壓互感現(xiàn)象在電工和電子技術中應用非常廣泛，如電源變壓器，電流互感器、電壓互感器和中周變壓器等都是根據(jù)互感原器，電流互感器、電壓互感器和中周變壓器等都是根據(jù)互感原理工作的。理工作的。第六節(jié)互感線圈的同名端和串聯(lián)第六節(jié)互感線圈的同

40、名端和串聯(lián)一、互感線圈的同名端一、互感線圈的同名端二、互感線圈的串聯(lián)二、互感線圈的串聯(lián)1同名端同名端在電子電路中，對兩個或兩個以上的有電磁耦合的線圈，常在電子電路中，對兩個或兩個以上的有電磁耦合的線圈，常常需要知道互感電動勢的極性。常需要知道互感電動勢的極性。如圖如圖 6-6 所示，圖中兩個線圈所示，圖中兩個線圈 L1、L2 繞在同一個圓柱形鐵棒繞在同一個圓柱形鐵棒上，上，L1 中通有電流中通有電流 I 。一、互感線圈的同名端一、互感線圈的同名端圖圖 6-6 互感線圈的極性互感線圈的極性( (1) ) 當當 i 增大時，它所產生的磁通增大時，它所產生的磁通 1 增加，增加，L1 中產生自感中產

41、生自感電動勢，電動勢，L2 中產生互感電動勢，這兩個電動勢都是由于磁通中產生互感電動勢，這兩個電動勢都是由于磁通 1 的變化引起的。根據(jù)楞次定律可知，它們的感應電流都要產生的變化引起的。根據(jù)楞次定律可知，它們的感應電流都要產生與磁通與磁通 1 相反的磁通，以阻礙原磁通相反的磁通，以阻礙原磁通 1 的增加，由安培定則的增加，由安培定則可確定可確定 L1、L2 中感應電動勢的方向，即電源的正、負極，標注中感應電動勢的方向，即電源的正、負極，標注在圖上，可知端點在圖上，可知端點 1 與與 3、2 與與 4 極性相同。極性相同。( (2) ) 當當 I 減小時，減小時，L1、L2 中的感應電動勢方向都

42、反了過來，中的感應電動勢方向都反了過來，但端點但端點 1 與與 3、2 與與 4 極性仍然相同。極性仍然相同。( (3) ) 無論電流從哪端流入線圈，無論電流從哪端流入線圈，1 與與 3、2 與與 4 的極性都保的極性都保持相同。持相同。 這種在同一變化磁通的作用下，感應電動勢極性相同的端這種在同一變化磁通的作用下，感應電動勢極性相同的端點叫點叫同名端同名端，感應電動勢極性相反的端點叫，感應電動勢極性相反的端點叫異名端異名端。在電路中，一般用在電路中，一般用“ ”表示同名端，如圖表示同名端，如圖 6-7 所示。在標所示。在標出同名端后，每個線圈的具體繞法和它們之間的相對位置就不出同名端后，每個

43、線圈的具體繞法和它們之間的相對位置就不需要在圖上表示出來了。需要在圖上表示出來了。2同名端的表示法同名端的表示法 圖圖 6-7同名端表示法同名端表示法 ( (1) ) 若已知線圈的繞法，可用楞次定律直接判定。若已知線圈的繞法，可用楞次定律直接判定。( (2) ) 若不知道線圈的具體繞法，可用實驗法來判定。若不知道線圈的具體繞法，可用實驗法來判定。圖圖 6-8 是判定同名端的實驗電路。當開關是判定同名端的實驗電路。當開關 S 閉合時，電流從閉合時，電流從線圈的端點線圈的端點 1 流入，且電流隨時間在增大。若此時電流表的指針流入，且電流隨時間在增大。若此時電流表的指針向正刻度方向偏轉，則說明向正刻

44、度方向偏轉，則說明 1 與與 3 是同名端，否則是同名端，否則 1 與與 3 是異名是異名端。端。3同名端的判定同名端的判定 圖圖 6-8判定同名端實驗電路判定同名端實驗電路 把兩個互感線圈串聯(lián)起來有兩種不同的接法。異名端把兩個互感線圈串聯(lián)起來有兩種不同的接法。異名端相接稱為相接稱為順串順串，同名端相接稱為，同名端相接稱為反串反串。1順串順串順串的兩個互感線圈如圖順串的兩個互感線圈如圖 6-9 所示，電流由端點所示，電流由端點 1 經端經端點點 2、3 流向端點流向端點 4。二、互感線圈的串聯(lián)二、互感線圈的串聯(lián)圖圖 6-9 互感線圈的順串互感線圈的順串 順串時兩個互感線圈上將產生四個感應電動勢

45、，兩個自順串時兩個互感線圈上將產生四個感應電動勢，兩個自感電動勢和兩個互感電動勢。由于兩個電感線圈順串，這四感電動勢和兩個互感電動勢。由于兩個電感線圈順串，這四個感應電動勢的正方向相同，因而總的感應電動勢為個感應電動勢的正方向相同，因而總的感應電動勢為tiLti)MLL(tiMtiLtiLEEEEEMLML順順 2221212211上式中上式中 MLLL221 順順是兩個互感線圈的總電感。因此，順串時兩個互感線圈相當是兩個互感線圈的總電感。因此，順串時兩個互感線圈相當于一個具有等效電感為于一個具有等效電感為 的電感線圈。的電感線圈。MLLL221 順順2反串反串 反串的兩個互感線圈如圖反串的兩

46、個互感線圈如圖 6-10 所示。所示。 與順串的情形類似，兩個互感線圈反串時，相當于一個與順串的情形類似，兩個互感線圈反串時，相當于一個具有等效電感為具有等效電感為MLLL221 反反的電感線圈。的電感線圈。 通過實驗分別測得通過實驗分別測得 L順順 和和 L反反 ，就可計算出互感系數(shù)，就可計算出互感系數(shù) M 。4反反順順LLM 圖圖 6-10互感線圈的反串互感線圈的反串 在電子電路中，常常需要使用具有在電子電路中，常常需要使用具有中心抽頭中心抽頭的線圈，并的線圈，并且要求從中點分成兩部分的線圈完全相同。為了滿足這個要且要求從中點分成兩部分的線圈完全相同。為了滿足這個要求，在實際繞制線圈時，可

47、以用兩根相同的漆包線平行地繞求，在實際繞制線圈時，可以用兩根相同的漆包線平行地繞在同一個心子上，然后，把兩個線圈的異名端接在一起作為在同一個心子上，然后，把兩個線圈的異名端接在一起作為中心抽頭。中心抽頭。如果兩個完全相同的線圈的同名端接在一起，則兩個線如果兩個完全相同的線圈的同名端接在一起，則兩個線圈所產生的磁通在任何時候都是大小相等而方向相反的，因圈所產生的磁通在任何時候都是大小相等而方向相反的，因此相互抵消，這樣接成的線圈就不會有磁通穿過，因而沒有此相互抵消，這樣接成的線圈就不會有磁通穿過，因而沒有電感，它在電路中只起一個電阻的作用。所以，為獲得無感電感，它在電路中只起一個電阻的作用。所以

48、，為獲得無感電阻，可以在繞制電阻時，將電阻線對折，雙線并繞。電阻，可以在繞制電阻時，將電阻線對折，雙線并繞。第七節(jié)第七節(jié) 渦流和磁屏蔽渦流和磁屏蔽 一、渦流一、渦流 二、磁屏蔽二、磁屏蔽把塊狀金屬放在交變磁場中，金屬塊內將產生感應電流。把塊狀金屬放在交變磁場中，金屬塊內將產生感應電流。這種電流在金屬塊內自成回路，像水的旋渦，因此叫這種電流在金屬塊內自成回路，像水的旋渦，因此叫渦電流渦電流，簡稱簡稱渦流渦流。 由于整塊金屬電阻很小，所以渦流很大，不可避免地使鐵由于整塊金屬電阻很小，所以渦流很大，不可避免地使鐵心發(fā)熱，溫度升高，引起材料絕緣性能下降，甚至破壞絕緣造心發(fā)熱，溫度升高，引起材料絕緣性能

49、下降，甚至破壞絕緣造成事故。鐵心發(fā)熱，還使一部分電能轉換為熱能白白浪費，這成事故。鐵心發(fā)熱，還使一部分電能轉換為熱能白白浪費，這種電能損失叫種電能損失叫渦流損失渦流損失。一、渦流一、渦流1渦流渦流在電機、電器的鐵心中，完全消除渦流是不可能的，但在電機、電器的鐵心中，完全消除渦流是不可能的，但可以采取有效措施盡可能地減小渦流。為減小渦流損失，電可以采取有效措施盡可能地減小渦流。為減小渦流損失，電機和變壓器的鐵心通常不用整塊金屬，而用涂有絕緣漆的薄機和變壓器的鐵心通常不用整塊金屬，而用涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊壓制成。這樣渦流被限制在狹窄的薄片內，回路電硅鋼片疊壓制成。這樣渦流被限制在狹窄的薄片內，回

50、路電阻很大，渦流大為減小，從而使渦流損失大大降低。阻很大，渦流大為減小，從而使渦流損失大大降低。 鐵心采用硅鋼片，是因為這種鋼比普通鋼電阻率大，可鐵心采用硅鋼片，是因為這種鋼比普通鋼電阻率大，可以進一步減少渦流損失，硅鋼片的渦流損失只有普通鋼片的以進一步減少渦流損失，硅鋼片的渦流損失只有普通鋼片的 1/5 1/4 。2. 渦流的應用渦流的應用 在一些特殊場合，渦流也可以被利用，如可用于有色金在一些特殊場合，渦流也可以被利用，如可用于有色金屬和特種合金的冶煉。利用渦流加熱的電爐叫屬和特種合金的冶煉。利用渦流加熱的電爐叫高頻感應爐高頻感應爐，它的主要結構是一個與大功率高頻交流電源相接的線圈，被它的

51、主要結構是一個與大功率高頻交流電源相接的線圈，被加熱的金屬就放在線圈中間的坩堝內，當線圈中通以強大的加熱的金屬就放在線圈中間的坩堝內，當線圈中通以強大的高頻電流時，它的交變磁場在坩堝內的金屬中產生強大的渦高頻電流時，它的交變磁場在坩堝內的金屬中產生強大的渦流，發(fā)出大量的熱，使金屬熔化。流，發(fā)出大量的熱，使金屬熔化。1磁屏蔽磁屏蔽 在電子技術中，儀器中的變壓器或其他線圈所產生的漏磁在電子技術中，儀器中的變壓器或其他線圈所產生的漏磁通，可能會影響某些器件的正常工作，出現(xiàn)干擾和自激，因此通，可能會影響某些器件的正常工作，出現(xiàn)干擾和自激，因此必須將這些器件屏蔽起來，使其免受外界磁場的影響，這種措必須將這些器件屏蔽起來，使其免受外界磁場的影響，這種措施叫施叫磁屏蔽磁屏蔽。2方法方法( (1) ) 利用軟磁材料制成屏蔽罩，將需要屏蔽的器件放在罩利用軟磁材料制成屏蔽罩，