7-项目七 分析与运用电磁感应现象

电工技术基础主编沈柏民副主编陆晓燕余萍1目录

Contents项目一认识实训室与安全用电常识项目二认识基本电阻电路项目三认识与应用简单电阻电路项目四认识与分析复杂直流电路项目五认识与应用电容器项目六认识与分析磁与电磁2目录

Contents项目十一认识变压器项目十二认识瞬态过程项目九认识与运用正弦交流电路项目十分析与运用三相交流电路项目七分析与运用电磁感应现象项目八认识正弦交流电3项目七分析与运用电磁感应现象4项目目标项目七分析与运用电磁感应现象1．理解电磁感应现象。2．会用右手定则判断感应电流方向。3．理解电磁感应定律。4．理解自感的概念和自感现象，了解自感在工程技术中的应用。※5．理解互感的概念和互感现象，了解互感在工程技术中的应用，能解释影响互感的因素。※6．理解同名端的概念，了解同名端在工程技术中的应用，能解释影响同名端的因素。※7．了解涡流、磁屏蔽现象及其在工程技术中的应用。5项目导入项目七分析与运用电磁感应现象

电能够产生磁，反过来，磁能够产生电吗？

如图7-1（a）所示的电磁感应现象实验中，当导体在磁场中切割磁感线运动，导体的两端会有电动势，如果形成闭合回路，会有电流产生（检流计指针发生偏转）；6项目导入项目七分析与运用电磁感应现象

如图7-1（b）所示的电磁感应现象实验中，当条形磁铁快速插入或拔出时，线圈两端会有电动势，如果形成闭合回路，也会有电流产生（检流计指针发生偏转）。如果我们把一个线圈、小灯泡、开关和电源串联时，在开关闭合的瞬间，小灯泡是逐渐亮起来，直到正常发光。这些现象是什么原因造成的？7项目实施项目七分析与运用电磁感应现象

学习任务一认识电磁感应现象8项目七分析与运用电磁感应现象

图7-1所示的电磁感应现象实验中，当导体在磁场中做切割磁感线运动或条形磁铁快速插入或拔出线圈时，为什么检流计指针会发生偏转呢?而当导体不运动（或沿平行磁感线方向运动）、条形磁铁静止不动时，为什么检流计指针不偏转呢?你能解释这些现象吗?

本任务主要学习电磁感应现象、判断感应电流的右手定则和计算感应电流大小的电磁感应定律。学习任务一认识电磁感应现象9项目七分析与运用电磁感应现象

一、电磁感应现象

如图7-1（a）所示电磁感应现象实验中，在匀强磁场中放置一根导体AB，导体AB的两端分别与灵敏检流计的两个接线柱相连接，形成闭合回路。当导体AB在磁场中作切割磁感线运动时，检流计指针发生偏转；当导体AB沿着平行磁感线方向运动时，检流计指针却不偏转。为是什么原因呢？

结论：闭合回路中的一部分导体做切割磁感线运动时，闭合回路中有电流流过。学习任务一认识电磁感应现象10项目七分析与运用电磁感应现象

一、电磁感应现象

如图7-2（b）所示，在空心线圈两端分别与灵敏检流计的接线柱连接形成闭合回路。当用条形磁铁快速插入线圈时，检流计指针偏转，表明闭合回路中有电流流过；当条形磁铁静止不动时，检流计不偏转，表明闭合回路中没有电流流过；当条形磁铁快速拔出线圈时，检流计指针向相反方向偏转，表明闭合回路中有电流流过，而且电流方向相反。

结论：闭合回路中的磁通发生变化时，回路中就有电流流过。

学习任务一认识电磁感应现象11项目七分析与运用电磁感应现象

一、电磁感应现象

因此，当闭合回路中的一部分导体在磁场中作切割磁感线运动，或者闭合回路中的磁场发生变化而使穿过线圈的磁通发生变化时，闭合回路中就有电流产生，我们把这种利用磁场产生电流的现象称为电磁感应现象。由此产生的电流称为感应电流。

学习任务一认识电磁感应现象12项目七分析与运用电磁感应现象

二、右手定则

导线作切割磁感线运动时产生的感应电流的方向，可以用右手定则来判断。

其方法是：伸出右手，让大拇指与四指在同一平面，大拇指和四指垂直，让磁感线垂直穿过手心，大拇指指向导体运动方向，那么，四指所指的方向，就是感应电流的方向。

学习任务一认识电磁感应现象13项目七分析与运用电磁感应现象学习任务一认识电磁感应现象14

如图7-3所示，在匀强磁场中，闭合回路中的导体AB以速度V向右作切割磁感线运动。试问回路中有感应电流吗？若有，请在图中标出感应电流的方向。项目七分析与运用电磁感应现象学习任务一认识电磁感应现象15楞次定律

在图7-1（b）所示的电磁感应现象实验中，是将磁铁插入或拔出时检流计指针偏转，而且偏转方向相反，说明感应电流的方向也相反。

楞次根据产生感应电流的不同条件，通过大量的实验，总结出可以普遍应用于判定各种情况下所产生的感应电流方向的规律。楞次定律可以表述为：感应电流的方向，总是使感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁通的变化。项目七分析与运用电磁感应现象学习任务一认识电磁感应现象16

在图7-1（b）中，当将条形磁铁插入线圈时，线圈中的磁通增加，线圈中产生感应电流，而感应电流所产生的磁场总阻碍原来磁通的增加（用右手螺旋定则判定），如图7-4（a）所示。也可以理解成线圈中有感应电流时，它相当于一块磁铁，上端N极与条形磁铁的N极互相排斥，阻碍条件磁铁插入。当把条形磁铁拔出时，磁通减少，线圈中产生感应电流。由楞次定律可知，感应电流产生的磁通要阻碍原磁通的减少，如图7-4（b）所示。同样可以将线圈看成一块磁铁，上端为S极，它与条形磁铁N极互相吸引，阻碍条形磁铁拔出。项目七分析与运用电磁感应现象

学习任务一认识电磁感应现象17项目七分析与运用电磁感应现象

学习任务一认识电磁感应现象18项目七分析与运用电磁感应现象

学习任务一认识电磁感应现象19项目七分析与运用电磁感应现象

学习任务一认识电磁感应现象20项目实施项目七分析与运用电磁感应现象

学习任务二认识与运用自感现象21项目七分析与运用电磁感应现象

学习任务二认识与运用自感现象22项目七分析与运用电磁感应现象一、自感现象

当开关S闭合时，电路中的电流由零增大，在小灯泡HL1支路中，电流增大使穿过线圈L中的磁通也随着增加。由电磁感应定律可知，线圈中必定要产生感应电动势。根据楞次定律可知，感应电动势要阻碍线圈中的电流增加，小灯泡HL1支路中电流的增大要比小灯泡HL2支路来得迟缓些。因此小灯泡HL1也比HL2亮得迟缓些。

从上面的实验中可以看出，当线圈中的电流发生变化时，线圈本身就产生感应电动势，这个电动势总是阻碍线圈中电流的变化。这种由于线圈本身的电流变化而产生的电磁感应现象称为自感现象。在自感现象中产生的电动势，叫做自感电动势；产生的电流，叫做自感电流。学习任务二认识与运用自感现象23项目七分析与运用电磁感应现象

学习任务二认识与运用自感现象24项目七分析与运用电磁感应现象

学习任务二认识与运用自感现象25项目七分析与运用电磁感应现象

学习任务二认识与运用自感现象26项目七分析与运用电磁感应现象

学习任务二认识与运用自感现象27项目七分析与运用电磁感应现象

学习任务二认识与运用自感现象28项目七分析与运用电磁感应现象五、自感现象的应用

自感现象广泛应用于各种电器设备和电子技术中，利用线圈具有阻碍电流变化的特点，可以稳定电路中的电流。日光灯电路中利用镇流器的自感现象，获得点燃灯管所需要的高压，并且使日光灯正常工作；无线电设备中常用电感线圈和电容器组合构成谐振电路和滤波器等。

自感现象在某些情况下是非常有害的。在具有很大自感线圈而电流又很强的电路中，当电路断开的瞬间，由于电路中的电流变化很快，在电路中会产生很大的自感电动势，可能击毁线圈的绝缘保护，或者使开关的闸刀和固定夹片之间的空气电离变成导体，产生电弧而烧毁开关，甚至危及工作人员的安全。因此，在实际中要设法避免这些有害的自感现象的发生。学习任务二认识与运用自感现象29项目七分析与运用电磁感应现象学习任务二认识与运用自感现象30电感器

电感器是用绝缘导线绕成一匝或多匝以产生一定自感量的电子元件，常称为电感线圈，简称线圈。电感器在电子线路中的主要作用是对交流信号进行隔离、滤波或与电容器、电阻器等组成谐振电路，实现振荡、调谐、滤波、耦合、延迟、偏转等。项目七分析与运用电磁感应现象学习任务二认识与运用自感现象31电感器1．电感器的分类

电感器的种类很多，常用电感器的分类如下。

按结构形式的不同可分为固定电感器、可变电感器。

按导磁体性质的不同可分为空心电感器、铁心电感器、磁心电感器和铜心电感器等。

按绕组结构的不同可分为单层线圈、多层线圈、蜂房式线圈等。

按用途的不同可分为天线线圈、振荡线圈、扼流线圈、陷波线圈、偏转线圈等。项目七分析与运用电磁感应现象学习任务二认识与运用自感现象32电感器2．电感器的符号

在电路图中，电感器的图形符号和文字符号如图7-10所示。项目七分析与运用电磁感应现象学习任务二认识与运用自感现象33

项目实施项目七分析与运用电磁感应现象

学习任务三认识与运用互感现象34项目七分析与运用电磁感应现象

1学习任务三认识与运用互感现象35项目七分析与运用电磁感应现象

一、互感现象

在图7-11所示的互感现象实验中，当开关S闭合或断开瞬间，线圈A中的电流发生了变化，电流产生的磁场也相应发生变化，通过线圈A的磁通也随之变化，其中必然有一部分磁通通过线圈B，这部分磁通称为互感磁通。互感磁通同样随着线圈A中电流的变化而变化，因此，线圈B中产生了感应电动势（称为互感电动势）。由于线圈B与检流计之间组成了一个闭合回路，线圈B中就有感应电流通过，所以检流计发生偏转。

像上述由于一个线圈的电流变化，导致另一个线圈产生感应电动势的现象，称为互感现象。学习任务三认识与运用互感现象36项目七分析与运用电磁感应现象

学习任务三认识与运用互感现象37项目七分析与运用电磁感应现象学习任务三认识与运用互感现象38互感现象的应用

互感现象在电力工程和电子技术中有着广泛的应用。应用互感器可以很方便地把能量或信号由一个线圈传递到另一个线圈。我们使用的电源变压器、电流互感器、电压互感器、中周变压器、钳形电流表等都是根据互感原理工作的。

互感有时也会带来害处。如有线电话常常会由于两路电话间的互感而引起串音。在无线电技术中，若线圈位置安放不当，线圈间会因互感而相互干扰，影响设备的正常工作。为此，常把相邻的两个线圈之间互相垂直旋转或将几个线圈加大距离。在高频电子线路中，常用软磁材料制成屏蔽罩。项目七分析与运用电磁感应现象

学习任务三认识与运用互感现象39项目七分析与运用电磁感应现象

学习任务三认识与运用互感现象40项目七分析与运用电磁感应现象

四、互感线圈的同名端2．互感线圈同名端的标注

为了工作方便，电路图中常常用小圆点或小星号标出互感线圈的同名端，它反映出互感线圈的极性，也反映了互感线圈的绕向。

在电路图中，一般不画线圈的实际绕向，而是用规定的符号表示线圈，再标明它们的同名端，如图7-13所示。学习任务三认识与运用互感现象41图7-13互感线圈同名端的标注方法项目七分析与运用电磁感应现象学习任务三认识与运用互感现象42同名端的工程应用

两个或两个以上线圈彼此耦合时，常常需要知道互感电动势的极性，往往需要标出其同名端。例如，电力变压器用规定好的字母标出原、副线圈间的极性关系。

在电子技术中，互感线圈应用十分广泛，但是必须考虑线圈的极性，不能接错。例如，收音机的本机振荡电路，如果把互感线圈的极性接错，电路将不能起振，因此，需要标出其互感线圈间的同名端。项目实施项目七分析与运用电磁感应现象※学习任务四认识与运用涡流和磁屏蔽43项目七分析与运用电磁感应现象

仔细观察电动机、变压器等电气设备的结构（如图7-15所示），可以看出它们的铁心都不是整块金属，而是用许多硅钢片叠压而成的。这是为什么呢？

本任务主要学习涡流、磁屏蔽等相关知识及其在工程技术中的应用。学习任务四认识与运用涡流和磁屏蔽44项目七分析与运用电磁感应现象

一、涡流

电动机、变压器等电气设备的铁心不用整块金属的原因是：当将整块金属置于交变磁场中或让它在磁场中运动时，金属内将产生垂直于磁通方向的感应电流。如图7-15（a）所示。

学习任务四认识与运用涡流和磁屏蔽45项目七分析与运用电磁感应现象

一、涡流

我们把铁心线圈中通有交变电流时，铁心中将产生变化的磁场，变化的磁场将在铁心中的闭合回路中产生感应电动势和感应电流，这些电流呈旋涡状，称之为涡流。由涡流引起的能量损耗称为涡流损耗。

一般来说，导体中的涡流的分布情况是比较复杂的，涡流的大小和方向跟导体材料和形状，以及磁通在导体中内的分布和变化情况有关。学习任务四认识与运用涡流和磁屏蔽46项目七分析与运用电磁感应现象

一、涡流

这种涡流将使变压器、电动机等电气设备的铁心发热，浪费了能量，还可能损坏电气设备。所以变压器、电动机等电气设备的铁心不能用整块金属（也称为实心铁心）。为了减小铁心中的涡流损耗，通常采用厚度约0.35mm的硅钢片叠压成铁心，由于硅钢片的电阻率大，可以大大降低涡流损耗，如图7-16（b）所示。硅钢片的涡流损耗只有普通钢片的1/5-1/4。学习任务四认识与运用涡流和磁屏蔽47项目七分析与运用电磁感应现象二、磁屏蔽

电感器、互感器广泛应用于电子、电工设备中，由于电感器、互感器的漏磁通及自感磁场对其他磁敏器件或电路工作造成干扰甚至引起电路自激振荡，特别是对测量仪表等精密设备的影响特别明显。因此，必须对周围存在磁敏感器件的电感器、互感器件或者强磁辐射器件采取适当的防磁辐射措施，这种措施称为磁屏蔽。学习任务四认识与运用涡流和磁屏蔽48项目七分析与运用电磁感应现象二、磁屏蔽

在防止工频（50Hz）交流变磁场辐射时，最常用的磁屏蔽措施就是利用铁磁材料（如金属网、金属壳）制成屏蔽罩（屏蔽网、屏蔽壳），将需要屏蔽的器件放入罩内，这样就可以使产生电磁波的区域与需防止侵入的区域隔开。这是由于铁磁材料的磁导率比空气的磁导率大几千倍，因此金属网、金属壳的磁阻比空气磁阻小很多，外磁场的磁通沿磁阻小的金属网、金属壳中通过，而进入屏蔽罩内的磁通很少，从而起到磁屏蔽的作用，如图7-18所示。为了更好地达到磁屏蔽的目的，常采用多层铁壳屏蔽的办法，把漏进罩内的磁通一次一次地屏蔽掉。学习任务四认识与运用涡流和磁屏蔽49项目七分析与运用电磁感应现象

二、磁屏蔽

对于高频变化的磁场，常采用铜或铝等导电性能良好的金属制成屏蔽罩，交变的磁场在金属屏蔽罩上产生很大的涡流，利用涡流的去磁作用来达到磁屏蔽的目的。例如电气设备中常用的开关电源，其外壳是金属，如图7-19所示。

其主要目的是使金属屏蔽壳内的元件或设备所产生的高频电磁波不能透出金属外壳，这样就不会对外部设备造成影响。图7-20所示的有线电视电缆、音频馈线采用的金属网线及信号传输线的铝箔包裹层也属于电磁屏蔽的范畴。学习任务四认识与运用