電磁感應(yīng)與暫態(tài)過(guò)程ppt演示文稿ppt課件

1、第五章第五章 電磁感應(yīng)和暫態(tài)過(guò)程電磁感應(yīng)和暫態(tài)過(guò)程主要內(nèi)容主要內(nèi)容 1. 電磁感應(yīng)的基本定律 2. 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì) 3. 自感與互感 4. 渦電流 5. 自感磁能與互感磁能 . 電磁感應(yīng)定律 1. 電磁感應(yīng)現(xiàn)象 2. 法拉第定律 3. 楞次定律5.1.1 5.1.1 電磁感應(yīng)現(xiàn)象電磁感應(yīng)現(xiàn)象 電磁感應(yīng)現(xiàn)象是電磁學(xué)中最重大的發(fā)現(xiàn)之一,它揭示了電與磁互相聯(lián)系和轉(zhuǎn)化的重要方面。1820年,奧斯特的發(fā)現(xiàn)第一次揭示了電流能夠產(chǎn)生磁,從而開(kāi)辟了一個(gè)全新的研究領(lǐng)域。1822-1831年英國(guó)物理學(xué)家法拉第進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)和研究在1831年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律。 結(jié)論:不管什么原因使穿過(guò)閉合導(dǎo)體回路所包圍面積內(nèi)

2、的磁通量發(fā)生變化增加或減少），回路中都會(huì)出現(xiàn)電流，這種電流稱為感應(yīng)電流。在磁通量增加和減少的兩種情況下，回路中感應(yīng)電流的流向相反。感應(yīng)電流的大小則取決于穿過(guò)回路中的磁通量變化快慢。變化越快，感應(yīng)電流越大；反之，就越小。 5.1.2 5.1.2 法拉第定律法拉第定律表述：當(dāng)穿過(guò)閉合回路所圍面積的磁通量發(fā)生變化時(shí)，不表述：當(dāng)穿過(guò)閉合回路所圍面積的磁通量發(fā)生變化時(shí)，不論這種變化是什么原因引起的，回路中都會(huì)建立論這種變化是什么原因引起的，回路中都會(huì)建立起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，且此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)正比于磁通量起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，且此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)正比于磁通量對(duì)時(shí)間變化率的負(fù)值。對(duì)時(shí)間變化率的負(fù)值。數(shù)學(xué)表達(dá)式：當(dāng)采用國(guó)際單位制時(shí)，

3、比例系數(shù)為數(shù)學(xué)表達(dá)式：當(dāng)采用國(guó)際單位制時(shí)，比例系數(shù)為 1，數(shù)學(xué)，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：表達(dá)式為：留意：（留意：（1）“”號(hào)反映感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向與磁通量變化號(hào)反映感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向與磁通量變化之間的關(guān)系：之間的關(guān)系： 即選定回路即選定回路 L 的繞行方向，的繞行方向，規(guī)定：與繞行方向成右手螺旋關(guān)系的磁通量規(guī)定：與繞行方向成右手螺旋關(guān)系的磁通量正，反之為負(fù)。正，反之為負(fù)。 （2如果回路由如果回路由N匝密繞線圈組成，則通過(guò)線圈匝密繞線圈組成，則通過(guò)線圈的磁通用磁鏈表示的磁通用磁鏈表示: dtdi/N 則感應(yīng)電流和感應(yīng)電量：則感應(yīng)電流和感應(yīng)電量： （1感應(yīng)電流感應(yīng)電流: 回路中的總電阻為回路中的總電阻為R，則回

4、路中的感應(yīng)電流為則回路中的感應(yīng)電流為: （2感應(yīng)電量感應(yīng)電量: 在在 時(shí)間內(nèi)，通過(guò)回時(shí)間內(nèi)，通過(guò)回路截面的感應(yīng)電量為路截面的感應(yīng)電量為: , 感應(yīng)電量?jī)H與回路磁通量的變化量有關(guān)，感應(yīng)電量?jī)H與回路磁通量的變化量有關(guān)，而與磁通量變化的快慢無(wú)關(guān)；而與磁通量變化的快慢無(wú)關(guān)； dtdRIl121tt )(121Rq5.1.3 5.1.3 楞次定律楞次定律 兩種表述兩種表述:. 閉合回路中感應(yīng)電流的方向，總是使得它所激閉合回路中感應(yīng)電流的方向，總是使得它所激 發(fā)的磁場(chǎng)來(lái)阻止引起感應(yīng)電流的磁通量的變化發(fā)的磁場(chǎng)來(lái)阻止引起感應(yīng)電流的磁通量的變化. 感應(yīng)電流的效果，總是反抗引起感應(yīng)電流的原感應(yīng)電流的效果，總是反抗

5、引起感應(yīng)電流的原 因因運(yùn)用運(yùn)用: 判斷感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向判斷感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向;楞次定律實(shí)際上是能量楞次定律實(shí)際上是能量守恒定律的一種表現(xiàn)。守恒定律的一種表現(xiàn)。 用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向的步驟用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向的步驟:（1判斷穿過(guò)閉合回路的磁通沿什么方向，判斷穿過(guò)閉合回路的磁通沿什么方向，發(fā) 生 什 么 變 化 增 加 或 減 少 ） ；發(fā) 生 什 么 變 化 增 加 或 減 少 ） ；（2根據(jù)楞次定律來(lái)確定感應(yīng)電流所激發(fā)的根據(jù)楞次定律來(lái)確定感應(yīng)電流所激發(fā)的磁場(chǎng)沿什么方向與原來(lái)的磁場(chǎng)反向還是同磁場(chǎng)沿什么方向與原來(lái)的磁場(chǎng)反向還是同向）；向）；（3根據(jù)右手螺旋法則從感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁根據(jù)右手螺

6、旋法則從感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng) 方 向 確 定 感 應(yīng) 電 流 的 方 向 。場(chǎng) 方 向 確 定 感 應(yīng) 電 流 的 方 向 。例例 (交流發(fā)電機(jī)的原理交流發(fā)電機(jī)的原理)均勻磁場(chǎng)中均勻磁場(chǎng)中,置有面積為置有面積為 S的可繞的可繞OO軸轉(zhuǎn)動(dòng)的軸轉(zhuǎn)動(dòng)的N匝線圈。若線圈以角匝線圈。若線圈以角 速度作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)速度作勻速轉(zhuǎn)動(dòng),求線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。求線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。解解: t時(shí)刻，線圈外法線方向于磁感強(qiáng)度的夾角時(shí)刻，線圈外法線方向于磁感強(qiáng)度的夾角 為為 ， 穿過(guò)線圈的磁通匝鏈為穿過(guò)線圈的磁通匝鏈為: 線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為： ttNBSNBScoscossinsinmitNBSdtd

7、. 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì) 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律：只要穿過(guò)回路的磁通量發(fā)生了變化，在回路中就會(huì)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。而實(shí)際上，引起磁通量變化的原因不外乎兩條：其一是回路相對(duì)于磁場(chǎng)有運(yùn)動(dòng)；其二是回路在磁場(chǎng)中雖無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但是磁場(chǎng)在空間的分布是隨時(shí)間變化的，我們將前一原因產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)稱為動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)，而后一原因產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)稱為感生電動(dòng)勢(shì)。 5.2.1 5.2.1 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì) 表述：導(dǎo)體或?qū)w回路在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的電表述：導(dǎo)體或?qū)w回路在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的電 動(dòng)勢(shì)稱為動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。動(dòng)勢(shì)稱為動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的來(lái)源動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的來(lái)源: 運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體內(nèi)每個(gè)電子受到方向向

8、上的洛侖茲運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體內(nèi)每個(gè)電子受到方向向上的洛侖茲力為：力為： , 正負(fù)電荷積累在導(dǎo)體內(nèi)建立電正負(fù)電荷積累在導(dǎo)體內(nèi)建立電場(chǎng)場(chǎng) ；當(dāng)；當(dāng) 時(shí)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，不再有宏時(shí)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，不再有宏觀定向運(yùn)動(dòng)，則導(dǎo)體觀定向運(yùn)動(dòng)，則導(dǎo)體 ab 相當(dāng)一個(gè)電源，相當(dāng)一個(gè)電源，a為負(fù)極為負(fù)極（低電勢(shì)），（低電勢(shì)），b為正極高電勢(shì)），洛侖茲力就是為正極高電勢(shì)），洛侖茲力就是非靜電力。非靜電力。mfevB efeE meff 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)計(jì)算動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)計(jì)算: 非靜電力克服靜電力作功，將正電荷由非靜電力克服靜電力作功，將正電荷由a端端負(fù)極通過(guò)電源內(nèi)部搬運(yùn)到負(fù)極通過(guò)電源內(nèi)部搬運(yùn)到b端正極）則單端正極）則單位正電荷所受的非靜電力

9、即非靜電場(chǎng)強(qiáng)為：為位正電荷所受的非靜電力即非靜電場(chǎng)強(qiáng)為：為: 。 根據(jù)電動(dòng)勢(shì)定義，運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體根據(jù)電動(dòng)勢(shì)定義，運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體 ab上的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)為上的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)為: 。mfef()mkfe vBEvBee()lkllE dlvB dl （1當(dāng)當(dāng) 且且B為恒矢量均勻磁場(chǎng)為恒矢量均勻磁場(chǎng)) 時(shí)時(shí) 注意到注意到 ，可得，可得: ，即動(dòng)生電，即動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)等于運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體在單位時(shí)間內(nèi)切割的磁感應(yīng)線動(dòng)勢(shì)等于運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體在單位時(shí)間內(nèi)切割的磁感應(yīng)線數(shù)。數(shù)。 （2一般情況下，一般情況下， ，積分是，積分是沿運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)線段進(jìn)行，積分路徑上各點(diǎn)沿運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)線段進(jìn)行，積分路徑上各點(diǎn)v及及B都可都可能不同，不一定能提出積分號(hào)外。能不同，不一

10、定能提出積分號(hào)外。（3當(dāng)導(dǎo)體為閉合回路時(shí)當(dāng)導(dǎo)體為閉合回路時(shí), 0()bLlavB dlvBdlBLv/LvS t()lvBd l()ilLLdvB dllBSttvB5.2.2 5.2.2 感生電動(dòng)勢(shì)感生電動(dòng)勢(shì)感生電動(dòng)勢(shì)感生電動(dòng)勢(shì):處在磁場(chǎng)中的靜止導(dǎo)體回路，僅處在磁場(chǎng)中的靜止導(dǎo)體回路，僅僅由磁場(chǎng)隨時(shí)間變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。僅由磁場(chǎng)隨時(shí)間變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感生電場(chǎng)感生電場(chǎng):變化的磁場(chǎng)在其周圍空間激發(fā)一種變化的磁場(chǎng)在其周圍空間激發(fā)一種電場(chǎng)，稱之為感生電場(chǎng)。電場(chǎng)，稱之為感生電場(chǎng)。 對(duì)感生電場(chǎng)對(duì)感生電場(chǎng) 有有: ，所以感生電場(chǎng)，所以感生電場(chǎng)又稱有旋電場(chǎng)，而產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)的非靜電又稱有旋電場(chǎng)，而

11、產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)的非靜電場(chǎng)正是感生電場(chǎng)。場(chǎng)正是感生電場(chǎng)。kEikLE 感生電動(dòng)勢(shì)感生電動(dòng)勢(shì): 回路中磁通量的變化僅由磁場(chǎng)變化引起，回路中磁通量的變化僅由磁場(chǎng)變化引起，則電動(dòng)勢(shì)為感生電動(dòng)勢(shì)則電動(dòng)勢(shì)為感生電動(dòng)勢(shì): 若閉合回路是靜止的，則上式亦可寫成若閉合回路是靜止的，則上式亦可寫成: 在穩(wěn)恒的條件下，一切物理量不隨時(shí)間變化，那么在穩(wěn)恒的條件下，一切物理量不隨時(shí)間變化，那么lklsddE dlBdSdtdt ()()LSBEdldSt ( )0LEdl 感生電場(chǎng)與變化磁場(chǎng)之間的關(guān)系感生電場(chǎng)與變化磁場(chǎng)之間的關(guān)系(1) 變化的磁場(chǎng)將在其周圍激發(fā)渦旋狀的感生 電場(chǎng)，電場(chǎng)線是一系列的閉合線。(2)變化的磁場(chǎng)和

12、它所激發(fā)的感生電場(chǎng)，在方 向上滿足反右手螺旋關(guān)系左手螺旋關(guān) 系。(3)感生電場(chǎng)的性質(zhì)不同于靜電場(chǎng)。感生電場(chǎng)與靜電場(chǎng)的比較感生電場(chǎng)與靜電場(chǎng)的比較靜電場(chǎng)靜電場(chǎng) 感生電場(chǎng)感生電場(chǎng) 場(chǎng)源場(chǎng)源正負(fù)電荷正負(fù)電荷 變化的磁場(chǎng)變化的磁場(chǎng) 場(chǎng)的性質(zhì)場(chǎng)的性質(zhì) 有源場(chǎng)有源場(chǎng)保守場(chǎng)保守場(chǎng) 無(wú)源場(chǎng)無(wú)源場(chǎng) 非保守場(chǎng)非保守場(chǎng) 力線力線 起源于正電荷，終止于起源于正電荷，終止于負(fù)電荷負(fù)電荷 不閉合曲線不閉合曲線 作用力作用力 01.sE dSq .0ilE dl ()()kLSBE dldSt FqEkFqE()0LE d l .自感與互感自感與互感 5.3.1 5.3.1 自自 感感 自感現(xiàn)象：當(dāng)線圈中的電流發(fā)自感現(xiàn)象：當(dāng)

13、線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，它所激發(fā)的磁場(chǎng)穿過(guò)該線圈生變化時(shí)，它所激發(fā)的磁場(chǎng)穿過(guò)該線圈自身的磁通量也隨之變化，從而在該線自身的磁通量也隨之變化，從而在該線圈自身產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，稱為自圈自身產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，稱為自感現(xiàn)象，這樣產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，稱之感現(xiàn)象，這樣產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，稱之為自感電動(dòng)勢(shì)。為自感電動(dòng)勢(shì)。自感系數(shù)：自感系數(shù)： 設(shè)閉合回路中的電流強(qiáng)設(shè)閉合回路中的電流強(qiáng)度為度為i i，根據(jù)畢奧，根據(jù)畢奧- -薩伐爾定律，空間任薩伐爾定律，空間任意一點(diǎn)的磁感強(qiáng)度意一點(diǎn)的磁感強(qiáng)度B B的大小都和回路中的的大小都和回路中的電流強(qiáng)度電流強(qiáng)度i i成正比，因此穿過(guò)該回路所包成正比，因此穿過(guò)該回路所包

14、圍面積內(nèi)的磁通量也和圍面積內(nèi)的磁通量也和i i成正比，成正比，即即: ,: ,比例系數(shù)比例系數(shù)L L叫做回叫做回路的自感系數(shù)，簡(jiǎn)稱自感。路的自感系數(shù)，簡(jiǎn)稱自感。 mLi 自感系數(shù)L的單位:H，稱為亨利，簡(jiǎn)稱亨。從上式可見(jiàn)，某回路的自感系數(shù)L在數(shù)值上等于這回路中的電流強(qiáng)度為1安培時(shí)，穿過(guò)這回路所包圍面積的磁通量。 留意：根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可得，回路中所產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)可用自感系數(shù)L表示為: 由此可知：自感系數(shù)與回路電流的大小無(wú)關(guān)，決定線圈回路自感系數(shù)的因素是：線圈回路的幾何形狀、大小及周圍介質(zhì)的磁導(dǎo)率。自感系數(shù)表征了回路本身的一種電磁屬性。 LdiLdt 5.3.2 互感互感 互感現(xiàn)象：設(shè)有

15、兩個(gè)鄰近的導(dǎo)體回互感現(xiàn)象：設(shè)有兩個(gè)鄰近的導(dǎo)體回路路1和和2，分別通有電流，分別通有電流i1和和i2,激發(fā)一磁場(chǎng)，激發(fā)一磁場(chǎng)，這磁場(chǎng)的一部分磁感線要穿過(guò)回路這磁場(chǎng)的一部分磁感線要穿過(guò)回路2所包圍所包圍的面積，用磁通量的面積，用磁通量m21表示。當(dāng)回路表示。當(dāng)回路1中中的電流的電流i1發(fā)生變化時(shí)，發(fā)生變化時(shí)， m21也要變化，因也要變化，因而在回路而在回路2內(nèi)激起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)內(nèi)激起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)21同樣，回路同樣，回路2中的電流中的電流i2變化時(shí)，它也使穿過(guò)回路變化時(shí)，它也使穿過(guò)回路1所包所包圍面積的磁通量圍面積的磁通量m12變化，因而在回路變化，因而在回路1中也激起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中也激起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)12 。

16、上述兩個(gè)載流回。上述兩個(gè)載流回路相互地激起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，稱為互感路相互地激起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，稱為互感現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 互感系數(shù)互感系數(shù) : 假設(shè)上面兩個(gè)回路的形狀、大小、相對(duì)位假設(shè)上面兩個(gè)回路的形狀、大小、相對(duì)位置和周圍磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率都不改變，則根據(jù)畢奧置和周圍磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率都不改變，則根據(jù)畢奧-薩伐爾定薩伐爾定律，由律，由i1在空間任何一點(diǎn)激發(fā)的磁感強(qiáng)度都與在空間任何一點(diǎn)激發(fā)的磁感強(qiáng)度都與i1成正比，相成正比，相應(yīng)地，穿過(guò)回路應(yīng)地，穿過(guò)回路2的磁通量的磁通量m21也必然與也必然與i1成正比，即：成正比，即： m21 =M21 1 ；同理，有：；同理，有： m12= M12 2式中，式中，

17、M21和和M12是兩個(gè)比例系數(shù)，它們只和兩個(gè)回路的形狀、是兩個(gè)比例系數(shù)，它們只和兩個(gè)回路的形狀、大小、相對(duì)位置及其周圍磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率有關(guān)，可以證明大小、相對(duì)位置及其周圍磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率有關(guān)，可以證明: M12 = M21 =M,M稱為兩回路的互感系數(shù)，簡(jiǎn)稱互感。其大稱為兩回路的互感系數(shù)，簡(jiǎn)稱互感。其大?。盒。篗= m21 / 1 = m12 / 2 。 可知可知:兩個(gè)導(dǎo)體回路兩個(gè)導(dǎo)體回路的互感在數(shù)值上等于其中一個(gè)回路中的電流強(qiáng)度為的互感在數(shù)值上等于其中一個(gè)回路中的電流強(qiáng)度為1單位時(shí)，單位時(shí)，穿過(guò)另一個(gè)回路所包圍面積的磁通量。穿過(guò)另一個(gè)回路所包圍面積的磁通量。 互感系數(shù)的單位互感系數(shù)的單位:與自感

18、相同，都是與自感相同，都是H亨利）。亨利）。 互感互感系 數(shù) 的 計(jì) 算 一 般 很 復(fù) 雜 ， 常 用 實(shí) 驗(yàn) 方 法 來(lái) 測(cè) 定 。系 數(shù) 的 計(jì) 算 一 般 很 復(fù) 雜 ， 常 用 實(shí) 驗(yàn) 方 法 來(lái) 測(cè) 定 。 互互 感感 電電 動(dòng)動(dòng) 勢(shì)勢(shì): 即互感即互感M的意義可理解為：兩個(gè)線圈的互感的意義可理解為：兩個(gè)線圈的互感M，在數(shù)值上，在數(shù)值上等于一個(gè)線圈中的電流隨時(shí)間的變化率為一個(gè)單位時(shí)，在等于一個(gè)線圈中的電流隨時(shí)間的變化率為一個(gè)單位時(shí)，在另一個(gè)線圈中所引起的互感電動(dòng)勢(shì)的絕對(duì)值。式中的負(fù)號(hào)另一個(gè)線圈中所引起的互感電動(dòng)勢(shì)的絕對(duì)值。式中的負(fù)號(hào)表示，在一個(gè)線圈中所引起的互感電動(dòng)勢(shì)，要反抗另一個(gè)表

19、示，在一個(gè)線圈中所引起的互感電動(dòng)勢(shì)，要反抗另一個(gè)線圈中電流的變化。線圈中電流的變化。21121ddIMdtdt 12212ddIMdtdt 5.3.3 自互感現(xiàn)象預(yù)防和應(yīng)用自互感現(xiàn)象預(yù)防和應(yīng)用 在許多電器設(shè)備中，常利用線圈的自感起穩(wěn)定電流的在許多電器設(shè)備中，常利用線圈的自感起穩(wěn)定電流的作用。例如，日光燈的鎮(zhèn)流器就是一個(gè)帶有鐵芯的自感線作用。例如，日光燈的鎮(zhèn)流器就是一個(gè)帶有鐵芯的自感線圈。此外，在電工設(shè)備中，常利用自感作用制成自耦變壓圈。此外，在電工設(shè)備中，常利用自感作用制成自耦變壓器或扼流圈。在電子技術(shù)中，利用自感器和電容器可以組器或扼流圈。在電子技術(shù)中，利用自感器和電容器可以組成諧振電路或?yàn)V

20、波電路等。成諧振電路或?yàn)V波電路等。 另一方面，在具有相當(dāng)大自另一方面，在具有相當(dāng)大自感和通有較大電流的電路中，當(dāng)扳斷開(kāi)關(guān)的瞬時(shí)，在開(kāi)關(guān)感和通有較大電流的電路中，當(dāng)扳斷開(kāi)關(guān)的瞬時(shí)，在開(kāi)關(guān)處將發(fā)生強(qiáng)大的火花處將發(fā)生強(qiáng)大的火花,產(chǎn)生弧光放電現(xiàn)象，亦稱電弧。產(chǎn)生弧光放電現(xiàn)象，亦稱電弧。 電弧發(fā)生的高溫，可用來(lái)冶煉、熔化、焊接和切割電弧發(fā)生的高溫，可用來(lái)冶煉、熔化、焊接和切割熔點(diǎn)高的金屬，溫度可達(dá)熔點(diǎn)高的金屬，溫度可達(dá)2000以上，有破壞開(kāi)關(guān)、引以上，有破壞開(kāi)關(guān)、引起火災(zāi)的危險(xiǎn)。因此通常都用油開(kāi)關(guān)，即把開(kāi)關(guān)放在絕緣起火災(zāi)的危險(xiǎn)。因此通常都用油開(kāi)關(guān)，即把開(kāi)關(guān)放在絕緣性能良好的油里，以防止發(fā)生電弧。性能良好

21、的油里，以防止發(fā)生電弧。 互感在電工和電子技術(shù)中應(yīng)用很廣泛?；ジ性陔姽ず碗娮蛹夹g(shù)中應(yīng)用很廣泛。通過(guò)互感線圈可以使能量或信號(hào)由一個(gè)線通過(guò)互感線圈可以使能量或信號(hào)由一個(gè)線圈方便地傳遞到另一個(gè)線圈；利用互感現(xiàn)圈方便地傳遞到另一個(gè)線圈；利用互感現(xiàn)象的原理可制成變壓器、感應(yīng)圈等。象的原理可制成變壓器、感應(yīng)圈等。 互感的害處：有線電話由于兩路電話互感的害處：有線電話由于兩路電話線之間的互感可能產(chǎn)生串音現(xiàn)象；收錄機(jī)、線之間的互感可能產(chǎn)生串音現(xiàn)象；收錄機(jī)、電視機(jī)及電子設(shè)備中也會(huì)由于導(dǎo)線或部件電視機(jī)及電子設(shè)備中也會(huì)由于導(dǎo)線或部件間的互感而妨害正常工作。這些互感的干間的互感而妨害正常工作。這些互感的干擾都要設(shè)法盡

22、量避免。擾都要設(shè)法盡量避免。 .渦渦 電電 流流 定義：在圓柱形鐵芯上繞有螺線管，通有交變電流 i，隨著電流的變化，鐵芯內(nèi)磁通量也在不斷改變，可以將鐵芯看作由一層一層的圓筒狀薄殼所組成，每層薄殼都相當(dāng)于一個(gè)回路，由于穿過(guò)每層薄殼橫截面的磁通量都在變化著，因此，在相應(yīng)于每層薄殼的這些回路中都將激起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)并形成環(huán)形的感應(yīng)電流，這種電流叫做渦電流。渦電流還可以描述為 ：當(dāng)大塊導(dǎo)體放在變化著的磁場(chǎng)中或相對(duì)于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在這塊導(dǎo)體中也會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流。由于導(dǎo)體內(nèi)部處處可以構(gòu)成回路，任意回路所包圍面積的磁通量都在變化，因此，這種電流在導(dǎo)體內(nèi)自行閉合，形成渦旋狀，故稱為渦電流，以 表示。i渦 5.4.1

23、5.4.1 渦電流的熱效應(yīng)渦電流的熱效應(yīng) 在金屬圓柱體上繞一線圈，當(dāng)線圈中通入交變?cè)诮饘賵A柱體上繞一線圈，當(dāng)線圈中通入交變電流時(shí)，金屬圓柱體便處在交變磁場(chǎng)中。由于金屬導(dǎo)體的電流時(shí)，金屬圓柱體便處在交變磁場(chǎng)中。由于金屬導(dǎo)體的電阻很小，渦電流很大，所以熱效應(yīng)極為顯著，可以用于電阻很小，渦電流很大，所以熱效應(yīng)極為顯著，可以用于金屬材料的加熱和冶煉。金屬材料的加熱和冶煉。理論分析表明，渦電流強(qiáng)度與交變電流的頻率成正比，理論分析表明，渦電流強(qiáng)度與交變電流的頻率成正比，即即: : ，渦電流產(chǎn)生的焦耳熱則與交變電流的平，渦電流產(chǎn)生的焦耳熱則與交變電流的平方成正比方成正比 , ,即即: : ， 因此，采用高頻

24、交流電就因此，采用高頻交流電就可以在金屬圓柱體內(nèi)匯集成強(qiáng)大的渦流，釋放出大量的焦可以在金屬圓柱體內(nèi)匯集成強(qiáng)大的渦流，釋放出大量的焦耳熱，最后使金屬自身熔化。這就是高頻感應(yīng)爐的原理。耳熱，最后使金屬自身熔化。這就是高頻感應(yīng)爐的原理。另一方面，導(dǎo)體中發(fā)生渦電流，也有有害的方面。在另一方面，導(dǎo)體中發(fā)生渦電流，也有有害的方面。在許多電磁設(shè)備中常有大塊的金屬部件，渦電流可使鐵芯發(fā)許多電磁設(shè)備中常有大塊的金屬部件，渦電流可使鐵芯發(fā)熱，浪費(fèi)電能，這就是渦流耗損。熱，浪費(fèi)電能，這就是渦流耗損。 iv渦2Qv 5.4.2 渦電流的機(jī)械效應(yīng) (1)電磁阻尼 渦電流還可以起到阻尼作用。利用磁場(chǎng)對(duì)金屬板的這種阻尼作用

25、，可制成各種電動(dòng)阻尼器，例如磁電式電表中或電氣機(jī)車的電磁制動(dòng)器中的阻尼裝置，就是應(yīng)用渦電流實(shí)現(xiàn)其阻尼作用的。 (2) 電磁驅(qū)動(dòng) 這是對(duì)電磁阻尼作用起著阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的另一種形式的應(yīng)用。感應(yīng)式異步電動(dòng)機(jī)就利用了這一基本原理。. 自感磁能自感磁能 互感磁能互感磁能 5.5.1 5.5.1 自感磁能自感磁能 當(dāng)線圈通有電流時(shí)，在其周圍當(dāng)線圈通有電流時(shí)，在其周圍建立了磁場(chǎng)，所儲(chǔ)存的磁能等于建立磁場(chǎng)建立了磁場(chǎng)，所儲(chǔ)存的磁能等于建立磁場(chǎng)過(guò)程中，電源反抗自感電動(dòng)勢(shì)所做的功過(guò)程中，電源反抗自感電動(dòng)勢(shì)所做的功 同理，自感為同理，自感為L(zhǎng) L的線圈的線圈, ,通有電流通有電流I I所所儲(chǔ)存的磁能應(yīng)該等于這電流消失時(shí)

26、自感電儲(chǔ)存的磁能應(yīng)該等于這電流消失時(shí)自感電動(dòng)勢(shì)所做的功動(dòng)勢(shì)所做的功2012ILLLdiAdqLidtLIWdt0212LLLIAidtLidiLIW 5.5.2 5.5.2 互互 感感 磁磁 能能 先使線圈先使線圈1 1電流從電流從0 0到到 I1 ,I1 ,電源做電源做功，儲(chǔ)存為線圈功，儲(chǔ)存為線圈1 1的自感磁能：的自感磁能： , , 合上開(kāi)關(guān)合上開(kāi)關(guān)k2k2電流電流 i2 i2 增大時(shí)增大時(shí), ,在回路在回路1 1中的中的互感電動(dòng)勢(shì)：互感電動(dòng)勢(shì)：, ,線圈線圈1 1的電源的電源維持維持 I1I1，反抗互感電動(dòng)勢(shì)的功，反抗互感電動(dòng)勢(shì)的功, ,轉(zhuǎn)化為磁轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)的能量：場(chǎng)的能量：線圈線圈2 2

27、的電流從的電流從0 0到到 I2 ,I2 ,電源做功，儲(chǔ)存為電源做功，儲(chǔ)存為線圈線圈2 2的自感磁能：的自感磁能： 經(jīng)過(guò)上述步驟電流分別為經(jīng)過(guò)上述步驟電流分別為I I和和 I2I2的狀態(tài)，儲(chǔ)存在磁場(chǎng)中的總磁能：的狀態(tài)，儲(chǔ)存在磁場(chǎng)中的總磁能： 211112WL I21212diMdt 21212 112 1212 1 20IWI dtM I diM I I222212WL I2212121 12212 1 21122mWWWWL IL IM I I同理，先合開(kāi)關(guān)同理，先合開(kāi)關(guān) k2使線圈使線圈 2充電至充電至 I2 ，然后再合，然后再合開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)k1保持保持 I2 不變，給線圈不變，給線圈1充電，得到儲(chǔ)存在充電，得到儲(chǔ)存在磁場(chǎng)中的總能量為：磁場(chǎng)中的總能量為： 這兩種通電方式的最后狀態(tài)相同這兩種通電