什麼是自感?什麼是互感?在實驗室中如何測定

2023-02-13 08:50:10 字數 5296 閱讀 1091

1樓:小楓帶你看生活

自感:由於導體本身電流的變化而產生的電磁感應現象叫作自感現象。

互感:當一線圈中的電流發生變化時,在臨近的另一線圈中產生感應電動勢,叫作互感現象。互感現象是一種常見的電磁感應現象,不僅發生於繞在同一鐵芯上的兩個線圈之間,而且也可以發生於任何兩個相互靠近的電路之間。

自感影響:好處:自感現象在電工無線電技術中應用廣泛。

自感線圈是交流電路或無線電裝置中的基本元件,它和電容器的組合可以構成諧振電路或濾波器,利用線圈具有阻礙電流變化的特性可以穩定電路的電流。

壞處:自感現象有時非常有害,例如具有大自感線圈的電路斷開時,因電流變化很快,會產生很大的自感電動勢,導致擊穿線圈的絕緣保護,或在電閘斷開的間隙產生強烈電弧,可能燒壞電閘開關,如周圍空氣中有大量可燃性塵粒或氣體還可引起**。這些都應設法避免。

以上內容參考:

2樓:匿名使用者

線圈自己固有的抵抗磁通量變化的力量是自感。兩個線圈通過磁通互相作用是互感。讓線圈和電阻(電阻為r)串聯,在這個電路的兩端通入交流電,頻率為f,,測量電感兩端的電壓u1和電阻兩端電壓u2,計算得出電感的等效電阻r。

根據r=2*圓周率*f*l得出l是自感。

3樓:匿名使用者

自感現象 當線圈中的電流發生變化時,它所激發的磁場穿過該線圈自身的磁通量也隨之變化,從而在該線圈自身產生感應電動勢的現象,稱為自感現象,這樣產生的感應電動勢,稱之為自感電動勢,通常可用 來表示。

設閉合迴路中的電流強度為i,根據畢奧-薩伐爾定律,空間任意一點的磁感強度b的大小都和迴路中的電流強度i成正比,因此穿過該回路所包圍面積內的磁通量 也和i 成正比,即 比例係數l叫做迴路的自感係數,簡稱自感。

自感係數l 的單位為h,稱為亨利,簡稱亨 。從上式可見,某迴路的自感係數l在數值上等於這回路中的電流強度為1安培時,穿過這回路所包圍面積的磁通量。

自感係數與迴路電流的大小無關,決定線圈迴路自感係數的因素是:線圈迴路的幾何形狀、大小及周圍介質的磁導率。

按法拉第電磁感應定律,迴路中所產生的自感電動勢可用自感係數l 表示為 由公式可知,自感係數l的物理意義。自感係數表徵了迴路本身的一種電磁屬性。任何迴路中只要有電流的改變,就必將在迴路中產生自感電動勢,以反抗迴路中電流的改變。

顯然,迴路的自感係數愈大,自感的作用也愈大,則改變該回路中的電流也愈不易。換句話說,迴路的自感有使迴路保持原有電流不變的性質,這一特性和力學中物體的慣性相仿。因而,自感係數可認為是描述迴路“電磁慣性”的一個物理量。

關於自感現象,我們可以用下述兩個實驗的對比來觀察。在左圖所示的電路中,直流電路中只串接了一個白熾燈泡r。在右圖所示的電路中,直流電路中還多串接了一個自感係數l較大的線圈,這一電路稱為l-r電路。

通過按下和開啟電鍵,可以看到燈泡明、暗的變化,以及電流計g的指標所顯示的迴路電流的變化。在上述自感現象演示中看到,由於自感電動勢的存在,當接通電源時,電流由零增到穩定值要有一個過程;同樣,切斷電源時,電流由穩定值衰減到零,亦需一個過程。這些過程都稱為l-r電路的暫態過程。

將電鍵合向2,接通電源電動勢為 的電源,電流從零開始增加,線圈中存在自感電動勢 ,於是電路中同時存在著兩個電動勢 和 。按閉合電路的歐姆定律,在任一時刻有,即 將這個微分方程進行變數分離,並考慮到初始條件: 時, ,兩邊積分 即可得電流增長關係 由上式可知, 時, ; 時, ,電流達到穩定值 時, , 稱為 r-l 電路的時間恆量。

l-r 電路的電流變化規律為:1.按下電鍵,電路中電流i隨時間t增長的規律為 2.開啟電鍵,電路中電流i隨時間t衰減的規律為 自感應用在許多電器裝置中,常利用線圈的自感起穩定電流的作用。例如,日光燈的鎮流器就是一個帶有鐵芯的自感線圈。

眾所周知,日光燈不能直接連線在電源上,必須配用鎮流器和起動器。在圖右所示的日光燈電路中,燈管兩端的燈絲電極與起動器、鎮流器串聯後,接入交流電源。 起動器實際上是一個雙金屬片繼電器,雙金屬片是由兩種熱膨脹性質不同的金屬片鉚在一起製成的。

當溫度升高時,其中一片比另一片膨脹較多,使雙金屬片向上彎曲,與靜觸片接觸而使電路導通;爾後,溫度下降,雙金屬片下彎,使觸點分開。

當接通電源後,由於這兩個觸片是常開的,因而電源的電壓全部加在起動器的兩個觸片上,引起輝光放電,例如,在充有稀薄氣體的玻璃管中封入兩個板狀電極,當電極上的電壓達到近千伏時,氣體發生自激導電而在管內出現美麗的發光現象,這就是輝光放電。觸片便被加熱到800℃~1000℃而膨脹,使觸點閉合,整個電路就導通。由於電流的熱效應,燈絲就發射電子,且使管內充有的水銀蒸氣溫度升高,導致水銀蒸氣電離。

這時,起動器兩觸點已閉合,輝光放電停止,雙金屬片便冷卻而恢復原狀,又與靜觸片脫離,切斷了電路;與此同時,鎮流器因電流中斷而在其兩端產生一個很高的自感電動勢,使管內的兩個燈絲電極間的電壓驟增,管內水銀蒸氣在強電場作用下全部電離,發生輝光放電,輻射出紫外線,被塗在管壁上的熒光粉吸收,發出顏色近似於日光的可見光。燈管點燃後,管內電阻甚小,只允許通過較小的電流,否則會燒燬燈管,這時要求燈管上的電壓遠低於電源電壓。於是,又得藉助於鎮流器的自感作用,來限制流過燈管的電流。

此外,在電工裝置中,常利用自感作用製成自耦變壓器或扼流圈。在電子技術中,利用自感器和電容器可以組成諧振電路或濾波電路等。

另一方面,通常在具有相當大的自感和通有較大電流的電路中,當扳斷開關的瞬時,在開關處將發生強大的火花,產生弧光放電現象,亦稱電弧。電弧發生的高溫,可用來冶煉、熔化、焊接和切割熔點高的金屬,溫度可達2000℃以上,有破壞開關、引**災的危險。因此通常都用油開關,即把開關放在絕緣效能良好的油裡,以防止發生電弧。

例題1:求長直載流螺線管的自感係數解:設長直螺線管的長度為l,橫截面積為s,總匝數為n,假設通有電流i,則螺線管內的磁感強度為 式中, 為充滿螺線管內磁介質的磁導率。

則通過螺線管中每一匝的磁通量為 通過n匝螺線管的磁鏈為 根據自感的定義式(1),可得螺線管的自感係數為 設 為螺線管上單位長度的匝數, 為螺線管的體積,則上式還可寫為 由此二式看來,某個導體迴路的自感係數只由迴路的線圈匝數、大小、形狀和介質的磁導率所決定,與迴路中有沒有電流無關。因此,和電容c、電阻r等一樣,自感l也是表徵電路元件本身電磁特性的一個物理量。各種不同的線圈具有不同的自感。

例題2如圖所示,設有一電纜,由兩個"無限長"同軸圓筒狀的導體組成,其間充滿磁導率為μ 的磁介質.某時刻在電纜中沿內圓筒和外圓筒流過的電流強度i相等,但方向相反.設內、外圓筒的半徑 分別為 r1和r2 ,求單位長度電纜的自感係數。 解:

應用有磁介質時磁場的安培環路定理可知,在內圓筒以內及在外圓筒以外的區域中,磁場強度均為零.在內、外兩圓筒之間,離開軸線距離為 處的磁場強度為

今任取一段電纜,長為 ,穿過電纜縱剖面上的面積元 的磁通量為

對某一時刻而言,i為一定值,則長度為l的兩圓筒之間的總磁通量為

按 ,可得長度為 l的這段電纜的自感係數為

由此,便可求出單位長度電纜的自感係數為 互感現象設有兩個鄰近的導體迴路1和2,分別通有電流 和 (如下圖)。 激發一磁場,這磁場的一部分磁感線要穿過迴路2所包圍的面積,用磁通量 表示。當迴路1中的電流 發生變化時, 也要變化,因而在迴路2內激起感應電動勢 ;同樣,迴路2中的電流 變化時,它也使穿過迴路1所包圍面積的磁通量 變化,因而在迴路1中也激起感應電動勢 。

上述兩個載流回路相互地激起感應電動勢的現象,稱為互感現象。假設上面兩個迴路的形狀、大小、相對位置和周圍磁介質的磁導率都不改變,則根據畢奧-薩伐爾定律,由 在空間任何一點激發的磁感強度都與 成正比,相應地,穿過迴路2的磁通量 也必然與 成正比,即 同理,有 式中, 和 是兩個比例係數,它們只和兩個迴路的形狀、大小、相對位置及其周圍磁介質的磁導率有關,可以證明, ,m稱為兩回路的互感係數,簡稱互感。 由上式可知,兩個導體迴路的互感在數值上等於其中一個迴路中的電流強度為1單位時,穿過另一個迴路所包圍面積的磁通量。

在國際單位制中,互感係數的單位與自感相同,都是h(亨利)。

互感係數的計算一般很複雜,常用實驗方法來測定。

應用法拉第電磁感應定律,可以決定由互感產生的電動勢。 如圖所示,若已知兩個迴路的互感為m,則迴路1中電流 在迴路2中產生的磁通量 和迴路2中電流 在迴路1中產生的磁通量 可簡化為 若上述迴路1中電流強度 發生變化,在迴路2中產生的感應電動勢為 同理,若迴路2中電流強度 發生變化,在迴路1中產生的感應電動勢為 根據上述(a)和(b)兩式,可以規定互感係數的單位:如果在兩個導體迴路中,當一個迴路的電流強度改變率為 時,在另一回路中激起的感應電動勢為1v,則兩個導體迴路的互感係數規定為1h,這與自感係數的單位是相同的。

互感應用互感在電工和電子技術中應用很廣泛。通過互感線圈可以傳遞能量或訊號;利用互感現象的原理可製成變壓器、感應圈。但在有些情況中,互感也有害處。

例如,有線**往往由於兩路**線之間的互感而有可能造成串音;收錄機、電視機及電子裝置中也會由於導線或部件間的互感而妨害正常工作。這些互感的干擾都要設法儘量避免。 感應圈是工業生產和實驗室中用直流電源獲得高壓的一種裝置。

它與互感器的唯一區別在於多了一個繼斷器。

感應圈的工作原理如圖:閉合電鍵k,使電流通過初級線圈,鐵心因被磁化而吸引小鐵錘m,使m與螺釘d分離,電路重被切斷。電路一旦被切斷,鐵心的磁性消失,m在彈簧片的彈力作用下又重新和螺釘d相接觸,於是電路重新被接通。

這樣,由於斷續器的作用,初級線圈電路的接通和斷開,將自動地反覆進行,將導致初級線圈中的電流不斷地變化。這樣,通過互感,在次級線圈中產生感應電動勢。由於次級線圈的匝數遠遠多於初級線圈的匝數,所以在次線圈中能獲得高達1萬到幾萬伏的電壓。

這樣高的電壓,足以使ab間產生火花放電現象。渦電流如圖所示,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,鐵芯內磁通量也在不斷改變。我們把鐵芯看作由一層一層的圓筒狀薄殼所組成,每層薄殼都相當於一個迴路。

由於穿過每層薄殼橫截面的磁通量都在變化著,因此,在相應於每層薄殼的這些迴路中都將激起感應電動勢(這樣產生的感應電動勢屬於感生電動勢),並形成環形的感應電流,即渦電流,以 表示。在金屬圓柱體上繞一線圈,當線圈中通入交變電流時,金屬圓柱體便處在交變磁場中。由於金屬導體的電阻很小,渦電流很大,所以熱效應極為顯著,可以用於金屬材料的加熱和冶煉。

在放有鐵芯的螺線管內通入交變電流 ,按畢奧-薩伐爾定律,電流產生的磁感強度 ,則其變化率為 對給定的鐵芯橫截面積 s 來說,穿過的磁通量為 ,故感生電動勢 與頻率 成正比,即 又由閉合電路的歐姆定律, ,即 ,由上式可知,渦電流強度與交變電流的頻率成正比,即 根據焦耳定律的熱效應公式 ,故渦電流產生的熱量與交變電流的頻率有關,即 因此,採用高頻交流電就可以在金屬圓柱體內彙整合強大的渦流,釋放出大量的焦耳熱,最後使金屬自身熔化。這就是高頻感應爐的原理。 另一方面,導體中發生渦電流,也有有害的方面。

在許多電磁裝置中常有大塊的金屬部件,渦電流可使鐵芯發熱,浪費電能,這就是渦流耗損。1.電磁阻尼 渦電流還可以起到阻尼作用。利用磁場對金屬板的這種阻尼作用,可製成各種電動阻尼器,例如磁電式電錶中或電氣機車的電磁制動器中的阻尼裝置,就是應用渦電流實現其阻尼作用的。

2.電磁驅動 這是對"電磁阻尼作用起著阻礙相對運動"的另一種形式的應用。感應式非同步電動機就利用了這一基本原理。

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