6、互感和自感

互感和自感 在法拉第的实验中两个线圈并没有用导线连接 当一个线圈中的电流变化时 在另一个线圈中为什么会产生感应电动势呢 一 互感现象 1 当一个线圈中电流变化 在另一个线圈中产生感应电动势的现象 称为互感 互感现象中产生的感应电动势 称为互感电动势 2 互感现象不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间 且可发生于任何两个相互靠近的电路之间 在电力工程和电子电路中 互感现象有时会影响电路的正常工作 这时要设法减小电路间的互感 3 利用互感现象 可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈 因此 互感现象在电工技术和电子技术中有广泛的应用 收音机里的磁性天线 问题 K接通瞬间 线圈L本身中会不会产生感应电动势 实验一 2 再调节变阻器R1使两个灯泡都正常发光 3 然后断开开关S 1 先合上开关S 调节变阻器R的电阻 使同样规格的两个灯泡A1和A2的明亮程度相同 观察 重新接通电路时 两个灯泡亮度变化情况 现象 灯泡A2立刻正常发光 跟线圈L串联的灯泡A1逐渐亮起来 电路接通时 电流由零开始增加 穿过线圈L的磁通量逐渐增加 L中产生的感应电动势的方向与原来的电流方向相反 阻碍L中电流增加 即推迟了电流达到正常值的时间 分析 反馈训练1 实验一中 当电键闭合后 通过灯泡A1的电流随时间变化的图像为图 通过灯泡A2的电流随时间变化的图像为图 C A 实验二 接通电路 待灯泡正常发光 断开电路 现象 S断开时 A灯突然闪亮一下才熄灭 解释 在电路断开的瞬间 通过线圈的电流突然减弱 穿过线圈的磁通量也就很快减少 因而在线圈中产生感应电动势 虽然这时电源已经断开 但线圈L和灯泡A组成了闭合电路 在这个电路中有感应电流通过 所以灯泡不会立即熄灭 二 自感现象 1 由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象 叫自感现象 2 自感现象中产生的电动势叫自感电动势 3 自感电动势的作用 阻碍导体中原来的电流变化 注意 阻碍 不是 阻止 电流原来怎么变化还是怎么变 只是变化变慢了 即对电流的变化起延迟作用 三 自感系数 1 自感电动势的大小 与电流的变化率成正比 2 自感系数L 简称自感或电感 1 决定线圈自感系数的因素 2 自感系数的单位 亨利 简称亨 符号是H 实验表明 线圈越大 越粗 匝数越多 自感系数越大 另外 带有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时大得多 3 自感物理意义 描述线圈产生自感电动势的能力 四 磁场的能量 解释 开关闭合时线圈中有电流 电流产生磁场 能量储存在磁场中 开关断开时 线圈作用相当于电源 把磁场中的能量转化成电能 问题 在断电自感的实验中 为什么开关断开后 灯泡的发光会持续一段时间 甚至会比原来更亮 试从能量的角度加以讨论 1应用 在交流电路中 在各种用电设备和无线电技术中有着广泛的应用 如日光灯的镇流器等 五 自感现象应用和防止 2防止 在切断自感系数很大 电流很强的电路的瞬间 产生很高的电动势 形成电弧 在这类电路中应采用特制的开关 A2 A1 1 演示自感的实验电路图如右图所示 L是电感线圈 A1 A2是规格相同的灯泡 R的阻值与L的直流电阻值相同 当开关由断开到合上时 观察到的自感现象是比先亮 最后达到同样亮 2 如图所示的电路中 D1和D2是两个相同的小灯泡 L是一个自感系数相当大的线圈 其阻值与R相同 在电键接通和断开时 灯泡D1和D2亮暗的顺序是A 接通时D1先达最亮 断开时D1后灭B 接通时D2先达最亮 断开时D2后灭C 接通时D1先达最亮 断开时D2后灭D 接通时D2先达最亮 断开时D1后灭 A A 3 如图所示 L为自感系数较大的线圈 电路稳定后小灯泡正常发光 当断开电键的瞬间会有A 灯A立即熄灭B 灯A慢慢熄灭C 灯A突然闪亮一下再慢慢熄灭D 灯A突然闪亮一下再突然熄灭 4 如图2所示 L1 0 5m L2 0 8m 回路总电阻为R 0 2 M 0 04kg 导轨光滑 开始时磁场B0 1T 现使磁感应强度以 B t 0 2T s的变化率均匀地增大 试求 当t为多少时 M刚离开地面 g取10m s2 5 竖直放置的光滑U形导轨宽0 5m 电阻不计 置于很大的磁感应强度是1T的匀强磁场中 磁场垂直于导轨平面 如图所示 质量为10g 电阻为1 的金属杆