7§1.3.4(楞次定律、自感、互感、涡流)

文化理论课教案文化理论课教案 7 5 1 10 j 01 审阅签名 年 月 日 科 目 电工常识 授 课 日 期 07 模具 3 班 0518 4 班 05 22 07 数控 3 班 05 19 4 班 05 21 07 加工中心班 05 20 课时2 课 题 第二章 磁与电磁 第三节 电磁感应定律 三 楞次定律 第四节 自感 互感 涡流 班 级 07 模具 3 班 4 班 07 数控 3 班 4 班 07 加工中心班 教 学 目 的 1 使学生会用楞次定律判断感应电动势的方向 2 使学生会从电磁感应原理理解自感 互感 涡 流的电磁现象 认识自感 互感 涡流的一些应 用和危害的预防 选 用 教 具 挂 图 教 学 重 点 楞次定律的运用 自感 互感 涡流现象及其一 些应用和危害的预防 教 学 难 点 楞次定律的运用 自感 互感 涡流 现象的产生 教 学 回 顾 磁通的概念和计算 通电直导体所受电磁力大小计算和方向的判定法拉第电磁感应定律 说 明 教学过程 1 组织教学组织教学 1 起立 师生互相问好 2 坐下 清点人数 指出和纠正存在问题 导入新课导入新课 1 教学回顾与提问 通电直导体所受电磁力大小如何计算 方向如何判定 什么叫磁通量 磁通量 如何计算 2 切入新课 法拉第电磁感应定律只阐明感应电动势的大小 不能说明感应电动势的方向 那么 感 应电动势的方向如何确定呢 1833 年 俄国科学家发现了用于确定感应电动势的方向的 重要定律 楞楞次次定定律律 现在我们就来学习楞次定律等知识 讲授新课讲授新课 第二章 电磁现象 第三节 电磁感应定律 二二 楞楞次次定定律律 楞次定律的内容 感应电流的磁场总是阻碍原磁通的变化 即 导电路径中的磁通增加时 感应电流产 生的磁通与原磁通反向 导电路径中的磁通减少时 感应电流产生的磁通与原磁通同向 楞次定律揭示了电磁感应的实质是变变化化的的磁磁场场可可以以产产生生电电场场 为了纪念楞次的贡献 人们把 感感应应磁磁通通 总总是是阻阻碍碍原原磁磁通通的的变变化化 这一规律叫做楞楞次次定定律律 根据楞次定律和安培定则 可以判断任何情况下的感应电动势的方向 例例 2 8 判断图 2 10 线圈中感应电流的方向 1 2 讲解 3 4 互动 解 1 磁铁插入线圈 原磁通增加 由楞次定律判定感应磁通方向与原磁通方向相反 再根据安培定 则可知感应电流的方向如图所示 2 磁铁拔出线圈 原磁通减少 由楞次定律判定感应电流的磁通与原磁通方向相同 再根据右手定则 可知感应电流的方向如图所示 3 磁铁插入线圈 原磁通增加 由楞次定律判定感应电流的磁通与原磁通方向相反 再根据右手定则 可知感应电流的方向如图所示 4 磁铁拔出线圈 原磁通减少 由楞次定律判定感应电流的磁通与原磁通方向相同 再根据右手定则 可知感应电流的方向如图所示 例例 2 9 在图 2 11 中 已知磁感应强度 B 垂直穿出纸面 导体的运动速度为 既垂直于 Babvv 又与导体的长度方向垂直 求导体中感应电动势的方向 ab S N 原 感 G I S N 原 感 G I S N 原 感 G I S N 原 感 G I 1234 2 10图线圈中的感应电动势 感应电流的方向判断 教学过程 2 解 解 根据楞次定律 可知回路中感应磁通的方向如图所示 根据安培定则 可知回路中感应电动势的方向如图所示 e 从上面感应电动势方向的判定可知 感应电动势的方向可简化为用右手定则判定 右手定则 发电机定则 右手定则 发电机定则 伸平右手 让拇指与其余四指垂直 磁力线垂直穿过掌心 拇指指向导 体的运动方向 则其余四指的指向为导体中感应电动势的方向 如导体的运动方向与导体的长度方向并不垂直 则可将运动速度分解成垂直于导体的长度方向的分 量和平行于长度方向的分量 然后将拇指指向的方向来判定感应电动势的方向 如图 2 12 所示 v vAv 为什么感应电流的磁场总是阻碍原磁通的变化呢 这是因为感应磁通要不是与原磁通同向 要不就与原磁通反 向 或者说要不阻碍原磁通的变化 增强原磁通的变化 两者必 居其一 假设感应磁通增强原磁通的变化 则此时原磁通与感应 磁通的方向图2 14 所示 在此电路中 我们只要用小小的力使导 体有一个极小的运动速度 使回路中产生一个极小的感应电流 v 则导体就会受到与方向相同的 这个当然使导abvF 电磁力 F电磁力 体的运动速度加快 的运动速度加快又产生更大的感应电abab 流和电磁力 更大的又使导体运动速度更大 感应电流更大 这样 只要回路和导体连续 F 电磁力 F 电磁力 电路中的感应就会直至无穷大 也即我们只要出小小的力就可以做引起无穷大的电流 显然 这是不符 合能量守恒定律的 是不可能的 因而感应电流产生的磁通只能总是阻碍原磁通的变化 因此 楞次定律 又叫做电磁感应中的能量守恒定律 第四节 自感 互感和涡流 1 自感现象 在图 2 15 所示电路中 设 EL1 与 EL2 的额定值相同 线圈的电阻等 于 R 电感器 L 的电感足够大 电动势 E 可以给 EL1 与 EL2 提供额定 电压 当开关 S 合上 灯泡 EL1 立即发亮 但灯泡 EL2 却由暗逐渐变亮 产生该现象的原因是当开关S 合上闭合瞬间 对过线圈L 的电流发生了变 化 从无到有 线圈中的磁通发生了变化 从无到有 因而线圈中产生了较 高的自感电动势 根据楞次定律可知 此时的自感电动势要阻碍线圈中电流的变化 故 EL2 支路中的电 流增大必然比 EL1 支路来得迟缓些 因而 EL2 也亮得迟缓些 当 EL1 与 EL2 的亮度相同后 打开 S 此时 EL1 与 EL2 不会立即熄灭 而是猛然更亮一下 然后 才熄灭 产生该现象的原因是当开关S 打开瞬间 电源提供的通过线圈L 的电流发生了变化 从有到无 线圈中的磁通也发生了变化 从有到无 因而线圈中产生了较高的自感电动势 该自感电动势在 L 与 EL1 EL2 R 组成的闭合回路中形成较大自感电流 而自感电流很快就消失 故 EL1 与 EL2 不会立即 熄灭 而是猛然更亮一下后才熄灭 R v A B D A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A e A A A 感 原 C a b vF电磁力 图设感应磁通增强原磁通 变化时与的方向 2 14 F电磁力 R v A B D R A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A e 2 11图 A A A 感 原 Ca b R v B D R A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A e A A A 感 原 2 12图 vA v Ca b 2 13右手定则图 A 2 15图 教学过程 3 上述这种由由于于流流过过线线圈圈自自身身的的电电流流发发生生变变化化而而在在线线圈圈中中产产生生感感应应电电动动势势的的现现象象叫叫自自感感现现象象 简简称称自自感感 自感电动势 由自感产生的感应电动势称为自感电动势 用符号表示 自感电动势的大小按法拉 L e 第电磁感应定律计算 方向用楞次定律和安培定则判定 线性电感的自感电动势为 L i eL tt 式中 线圈的自感系数 对于线性电感 线圈中的磁通量除以通过的电流 H L LI 线圈中的外电流在 t 内的变化量 A i 线圈中的外电流变化量为 所对应的时间 s t i 21 ttt 线圈在 t 内产生的自感电动势的平均值 V L e 例例 2 10 一线性线圈的电感量为 0 5H 线圈中的电流从 100A 变为 1A 变化的时间为 0 01s 求线圈 中的自感电动势 解解 L 0 5H 1A 100A 99A 0 01 s i t 99 0 54950 0 01 L i eLV t 2 自感电动势的应用 自感现象在各种电器设备和无线电技术中有着广泛的应用 日光灯就是利用自感现象工作的 的镇 流器就是利用线圈自感的一个例子 日光灯主要由灯管 镇流器和启辉器组成 镇流器是一个带铁心的线圈 电路图如图 2 16 所示 启辉器是一个充有氖气的小玻璃泡 里面装有两个电极 一个固定不动的静触片和一个用双 金属片制成的 U 形触片 常见日光灯管有二个特点 一是其启动电压远大于220V 二是正常工作时灯管两端的电压远小于 220V 108V 而日常见到的日光灯管的电源电压一般是220V 这个电压一方面太低 无法启动灯管 一方面又太高于灯管的额定工作电压 如何使灯管能够启动和正常工作呢 请看下述过程 LL Saee 闭合启辉器放电使电流如图流通启辉器断电使镇流器线圈产生与电源电压一起加在灯管上 管内氩气电离导电管内水银变为蒸气辐射出紫外线紫外线激励管内荧光粉发出像日光的光线光管点 燃镇流器变为分压器使灯管承受的电压远小于220V 二 互感二 互感 1 互感现象 由于一个线圈的电流发生变化引起另一个线圈产生感应电动势的现象 如图 2 17 电路 就是一互感电路 线圈 LA中的电流发生变化 线圈 LB和 LC中就会产生感应电动势 过程是这样的 ABC BCM LLL LLe 中的电流发生变化与中的磁通发生变化 与中产生感应电动势 互感电动势的方向用楞次定律和安培定则判定 图中线圈的接线端1 4 5 2 3 6 为互感线圈 感应电动势极性相同的端点 称为同名端 2 17 图互感电动势和互感电流 2 16 图日光管电路原理图 a b a灯丝预热时电流路径 b灯管点燃时电流路径 教学过程 4 从同名通入电流 各互感线圈产生的磁通互相增强 2 互感现象的应用 变压器是互感现象的一种常见应用 如图 2 18 所示 若变压器的一次侧的电压 U1为 线圈的匝数 为 N1 二次侧线圈的匝数为 N2 则二次侧的电压为 2 21 1 N UU N 三 涡流三 涡流 线圈中的电流发生变化时 线圈中的磁通也发生变化 通过线圈中的导电体中的磁通也发生变化 因而线圈中的导电体产生感应电动势 线圈中的导电体自成回路而产生感应电流 这个感应电流要产生 磁通阻碍原电流产生的通的变化 因而这个感应电流流动的路径只能在与线圈轴线垂直的平面上 并且 状如水中的漩涡 我们把这样的感应电流叫做涡电流 简称涡流 如图 2 19 所示 由于整块金属电阻很小 所以涡流很大 不可避免地使铁心发热 损失电能 引起材料绝缘性能下 降 甚至破坏绝缘造成事故 涡流还有去磁的作用 因此 涡流在一些场合下是有害的 涡流不可能完全消除 但可以采取有效措施尽可能地减小涡流 为减小涡流损失 电机和变压器的 铁心通常不用整块金属 而用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压制成 这样涡流被限制在狭窄的薄片内 回路 电阻很大 涡流大为减小 从而使涡流损失大大降低 在一些特殊场合 涡流也可以被利用 如可用于有色金属和特种合金的冶炼 利用涡流加热的电炉 叫高频感应炉 它的主要结构是一个与大功率高频交流电源相接的线圈 被加热的金属就放在线圈中间 的坩埚内 当线圈中通以强大的高频电流时 它的交变磁场在坩埚内的金属中产生强大的涡流 发出大 量的热 使金属熔化 课堂小结课堂小结 1 楞次定律的内容 感应电流的磁场总是阻碍原磁通的变化 即 导电路径中的磁通增加时 感 应电流产生的磁通与原磁通反向 导电路径中的磁通减少时 感应电流产生的磁通与原磁通同向 2 右手定则 发电机定则 右手定则 发电机定则 伸平右手 让拇指与其余四指垂直 磁力线垂直穿过掌心 拇指 指向导体的运动方向 则其余四指的指向为导体中感应电动势的方向 3 由于流过线圈的电流发生变化 使线圈自身产生感应电动势的现象叫自感现象 简称自感 4 由一个线圈的电流