1、电工基础 2010级电子班第四章 磁场与电磁感应第一节 磁的基本知识第二节 磁场的基本物理量*第三节 磁路的欧姆定律 电与磁之间有着密切的联系，几乎所有的电子设备都应用到磁和电磁感应的基本原理。本章重点介绍电流的磁效应、磁场的基本物理量、磁路及电磁感应等内容。第四节 电磁感应第五节 电感器*第六节 自感第七节 互感第八节 涡流与磁屏蔽4-1 磁场的基本知识一、磁体与磁感线一、磁体与磁感线 某些物体具有吸引铁、镍、钴等物质的性质某些物体具有吸引铁、镍、钴等物质的性质叫做磁性。具有磁性的物体叫做磁体。叫做磁性。具有磁性的物体叫做磁体。常见的人造磁体形式有常见的人造磁体形式有磁感应线1.在磁场中画一
2、系列曲线，使曲线上每一点的切线方在磁场中画一系列曲线，使曲线上每一点的切线方向都与该点的磁场方向相同，这些曲线称为向都与该点的磁场方向相同，这些曲线称为磁感应磁感应线线。如图所示。如图所示。磁感应线磁感应线 磁感应线的特性1.磁场的强弱可用磁感应线的疏密表示，磁感应磁场的强弱可用磁感应线的疏密表示，磁感应线密的地方磁场强；疏的地方磁场弱。线密的地方磁场强；疏的地方磁场弱。2.在磁铁外部，磁感应线从在磁铁外部，磁感应线从N极到极到S极；在磁铁内极；在磁铁内部，磁感应线从部，磁感应线从S极到极到N极。磁感应线是闭合曲线。极。磁感应线是闭合曲线。3.磁感应线不相交。磁感应线不相交。二、电流的磁效应
3、奥斯特：通电导体的周围存在磁场，这种现象叫奥斯特：通电导体的周围存在磁场，这种现象叫电流的磁效应电流的磁效应。磁场方向决定于电流方向，可以用磁场方向决定于电流方向，可以用右手螺旋定则右手螺旋定则来判断。来判断。1、直线电流产生的磁场 图图3 通电长直导线的磁场方向通电长直导线的磁场方向 方法是：用右手握住载流直导体，拇指伸直并指向电流方向，方法是：用右手握住载流直导体，拇指伸直并指向电流方向，则弯曲的四指的指向伸直的拇指所指的方向就是磁感应线方则弯曲的四指的指向伸直的拇指所指的方向就是磁感应线方向。向。二、电流的磁效应磁场方向判定 磁场方向决定于电流方向，可以用磁场方向决定于电流方向，可以用右
4、手螺旋定则右手螺旋定则来判断。来判断。2、通电螺线管的磁场方向 图图4 通电螺线管的磁场方向通电螺线管的磁场方向 螺线管通电后，磁场方向仍可用右手螺旋定则来判定：用右手握住螺螺线管通电后，磁场方向仍可用右手螺旋定则来判定：用右手握住螺线管，四指指向电流的方向，拇指所指的就是螺线管内部的磁感线方向。线管，四指指向电流的方向，拇指所指的就是螺线管内部的磁感线方向。4-2 磁场的基本物理量1、磁感应强度 在磁场中垂直于此磁场方向的通电导线，所受到的磁场力在磁场中垂直于此磁场方向的通电导线，所受到的磁场力F跟电流强度跟电流强度I和导线长度和导线长度L的乘积的乘积IL的比值，叫做通电导线所的比值，叫做通
5、电导线所在处的磁感应强度，用在处的磁感应强度，用B表示。表示。ILFB 磁感应强度是矢量磁感应强度是矢量：B的方向与磁的方向与磁场方向相同，即与小磁针场方向相同，即与小磁针N极受极受力方向相同。力方向相同。单位单位：特斯拉（：特斯拉（T）匀强磁场匀强磁场中各点的磁感应强度大小和方向均相同。中各点的磁感应强度大小和方向均相同。2、磁通 在磁感应强度为在磁感应强度为 B 的匀强磁场中取一个与磁场方向垂直，的匀强磁场中取一个与磁场方向垂直，面积为面积为 S 的平面，则的平面，则 B 与与 S 的乘积，叫做穿过这个平面的磁通的乘积，叫做穿过这个平面的磁通量量 ，简称磁通。即，简称磁通。即SB 即磁感应
6、强度即磁感应强度 B 可看作是通过单位面积的磁通，因此磁感可看作是通过单位面积的磁通，因此磁感应强度应强度 B 也常叫做也常叫做磁通密度磁通密度，并用，并用 Wb/m2 作单位。作单位。磁通的国际单位是磁通的国际单位是韦韦伯伯 (Wb)。由磁通的定义式，可得。由磁通的定义式，可得 =BS3、磁导率、磁导率若在磁场中放置某种物体（例如将软铁插入线圈），磁场的若在磁场中放置某种物体（例如将软铁插入线圈），磁场的强弱会受到影响。放置不同的物质，对磁场强弱的影响不同。放强弱会受到影响。放置不同的物质，对磁场强弱的影响不同。放置物质处的磁感应强度置物质处的磁感应强度 B 将发生变化，磁介质对磁场的影响程
7、度将发生变化，磁介质对磁场的影响程度取决于它本身的导磁性能。取决于它本身的导磁性能。物质导磁性能的强弱用物质导磁性能的强弱用磁导率磁导率 来表示。来表示。的单位是：的单位是：亨利亨利/米米(H/m)。不同的物质磁导率不同。在相同的条件下，。不同的物质磁导率不同。在相同的条件下，值值越大，磁感应强度越大，磁感应强度 B 越大，磁场越强；越大，磁场越强；值越小，磁感应强度值越小，磁感应强度 B 越小，磁场越弱。越小，磁场越弱。真空中的磁导率是一个常数，用真空中的磁导率是一个常数，用 0 表示表示 0=4 10 7 H/m1、相对磁导率 为便于对各种物质的导磁性能进行比较，以真空磁导率为便于对各种物
8、质的导磁性能进行比较，以真空磁导率 0 为基准，将其他物质的磁导率为基准，将其他物质的磁导率 与与 0 比较，其比值叫比较，其比值叫相对磁相对磁导率导率，用，用 r 表示，即表示，即0r 根据相对磁导率根据相对磁导率 r 的大小，可将物质分为三类：的大小，可将物质分为三类：(1)顺磁物质顺磁物质：r 略大于略大于 1，如空气、氧、锡、铝、铅等，如空气、氧、锡、铝、铅等物质都是顺磁性物质。在磁场中放置顺磁性物质，磁感应强度物质都是顺磁性物质。在磁场中放置顺磁性物质，磁感应强度 B 略有增加。略有增加。(2)反磁物质反磁物质：r 略小于略小于 1，如氢、铜、石墨、银、锌等，如氢、铜、石墨、银、锌等
9、物质都是反磁性物质，又叫做抗磁性物质。在磁场中放置物质都是反磁性物质，又叫做抗磁性物质。在磁场中放置反磁反磁性物质，性物质，磁感应强度磁感应强度 B 略略有减小。有减小。(3)铁磁物质铁磁物质：r 1，且不是常数，如铁、钢、铸铁、，且不是常数，如铁、钢、铸铁、镍、钴等物质都是铁磁性物质。在磁场中放入铁磁性物质，可镍、钴等物质都是铁磁性物质。在磁场中放入铁磁性物质，可使磁感应强度使磁感应强度 B 增加几千甚至几万倍。增加几千甚至几万倍。铁磁物质的相对磁导率材料材料相对磁导率相对磁导率材料材料相对磁导率相对磁导率钴钴174174镍铁合金镍铁合金60 00060 000镍镍1 1201 120真空中
10、融化的电解真空中融化的电解铁铁12 95012 950软钢软钢2 1802 180坡莫合金坡莫合金115 000115 000硅钢片硅钢片700070001000010000铝硅铁粉芯铝硅铁粉芯7 7未经退火的铸未经退火的铸铁铁240240锰锌铁氧体锰锌铁氧体50005000已经退火的铸已经退火的铸铁铁620620镍铁铁氧体镍铁铁氧体100010004.磁场强度磁场中某点的磁场强度等于该点磁感应强度与介质磁导率磁场中某点的磁场强度等于该点磁感应强度与介质磁导率的比值，用字母的比值，用字母H表示。表示。BH 磁场强度磁场强度 H 也是矢量，其方向与磁感应强度也是矢量，其方向与磁感应强度 B 同向
11、，国际同向，国际单位是：安培单位是：安培/米米(A/m)。必须注意：磁场中各点的磁场强度必须注意：磁场中各点的磁场强度H的大小只与产生磁场的的大小只与产生磁场的电流电流I的大小和导体的形状有关，与磁介质的性质无关。的大小和导体的形状有关，与磁介质的性质无关。三、几种常见载流导体的磁场强度1、载流长直导线计算计算：在载流长直导线产生的磁场中，有一点：在载流长直导线产生的磁场中，有一点P，它与导，它与导线的距离为线的距离为r。实验证明该点磁场强度的大小与导线中的电流成。实验证明该点磁场强度的大小与导线中的电流成正比，与正比，与r成反比，即成反比，即rIH2方向判断方向判断：右手螺旋法则。：右手螺旋
12、法则。三、几种常见载流导体的磁场强度2、载流螺线管计算计算：计算大小：如果螺线管的匝数为：计算大小：如果螺线管的匝数为N，长度为，长度为L，通电，通电电流为电流为I。理论和实验证明，其内部磁场强度为：。理论和实验证明，其内部磁场强度为：LNIH 方向判断方向判断：右手螺旋法则。：右手螺旋法则。*4-3 磁路的欧姆定律一、磁路一、磁路 磁通所经过的路径叫做磁路。磁通所经过的路径叫做磁路。为了使磁通集中在一定的路径上来获得较强的磁场，常常为了使磁通集中在一定的路径上来获得较强的磁场，常常把铁磁材料制成一定形状的铁心，构成各种电气设备所需的把铁磁材料制成一定形状的铁心，构成各种电气设备所需的磁路。磁
13、路。与电路类似，磁路分为无分支磁路和有分支磁路。与电路类似，磁路分为无分支磁路和有分支磁路。利用铁磁材料可以尽可能地将磁通集中在磁路中，与电路利用铁磁材料可以尽可能地将磁通集中在磁路中，与电路相比，漏磁现象比漏电现象严重的多。全部在磁路内部闭合相比，漏磁现象比漏电现象严重的多。全部在磁路内部闭合的磁通叫做主磁通。部分经过磁路，部分经过磁路周围物质的磁通叫做主磁通。部分经过磁路，部分经过磁路周围物质的闭合磁通叫做漏磁通。为了计算简便，在漏磁不严重的情的闭合磁通叫做漏磁通。为了计算简便，在漏磁不严重的情况下可将其忽略，只计算主磁通即可。况下可将其忽略，只计算主磁通即可。如果磁路的平均长度为如果磁路
14、的平均长度为L，横截面积为，横截面积为S，通电线圈的匝数，通电线圈的匝数为为N，磁路的平均长度为，磁路的平均长度为L，线圈中的电流为，线圈中的电流为I，螺线管内的磁，螺线管内的磁场可看作匀强磁场时，磁路内部磁通为场可看作匀强磁场时，磁路内部磁通为 二、磁路的欧姆定律SLNISLNIHS一般将上式写成欧姆定律得形式，一般将上式写成欧姆定律得形式，即磁路欧姆定律即磁路欧姆定律mmRF磁路与电路的比较电路电路磁路磁路电流电流I磁通磁通 电阻电阻磁阻磁阻电阻率电阻率 磁导率磁导率 电动势电动势E磁动势磁动势FI N电路欧姆定电路欧姆定律律I=E/R磁路欧姆定律磁路欧姆定律 =F/RSLRSLRm4-4
15、 电磁感应现象实验步骤实验步骤:1、导线、导线AB在磁场中做切割磁感线的运动。在磁场中做切割磁感线的运动。2、导线、导线AB沿着平行磁感线的方向运动。沿着平行磁感线的方向运动。一、电磁感应现象一、电磁感应现象 在磁可否生电这个问题上，英国物理学家法拉第坚信，在磁可否生电这个问题上，英国物理学家法拉第坚信，电与磁决不孤立，有着密切的联系。为此，他做了许多实验，电与磁决不孤立，有着密切的联系。为此，他做了许多实验，把导线放在各种磁场中想得到电流需要一定的条件，他以坚把导线放在各种磁场中想得到电流需要一定的条件，他以坚韧不拔的意志历时韧不拔的意志历时10年，终于找到了这个条件，从而开辟了年，终于找到
16、了这个条件，从而开辟了物理学又一崭新天地。物理学又一崭新天地。图4-14 电磁感应实验电磁感应实验 像这样利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应现象，用像这样利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应现象，用电磁感应的方法产生的电流，叫感应电流。电磁感应的方法产生的电流，叫感应电流。实验现象实验现象:1、电流计指针发生偏转，表明闭合回路中有电流通过。、电流计指针发生偏转，表明闭合回路中有电流通过。2、电流计的指针不动，表明回路中没有电流。、电流计的指针不动，表明回路中没有电流。结论产生感应电流的条件 闭合回路中的一部分道理在磁场中作切割磁感线运动时，闭合回路中的一部分道理在磁场中作切割磁感线运动时，回路中
17、有感应电流。回路中有感应电流。二、右手定则当闭合回路中的导线作切割磁感线运动时，所产生的感当闭合回路中的导线作切割磁感线运动时，所产生的感应电流方向可用应电流方向可用右手定则右手定则来判断。来判断。伸开右手，使拇指与四指垂直，并都跟手掌在一个平伸开右手，使拇指与四指垂直，并都跟手掌在一个平面内，让磁感线穿入手心，拇指指向导体运动方向，四指面内，让磁感线穿入手心，拇指指向导体运动方向，四指所指的即为感应电流的方向。所指的即为感应电流的方向。楞次定律用右手定则判定导体与磁场发生相对运动时产生的感用右手定则判定导体与磁场发生相对运动时产生的感应电流方向较为方便。如何来判定闭合电路的磁通量发生应电流方
18、向较为方便。如何来判定闭合电路的磁通量发生变化时，产生的感应电流方向呢？变化时，产生的感应电流方向呢？三、楞次定律 楞次定律指出楞次定律指出：感应电流的方向，总是使感应：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量的变化，它电流的磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变化，它是判断感应电流方向的普遍规律。是判断感应电流方向的普遍规律。1应用楞次定律应用楞次定律判断步骤判断步骤 感应电流方向感应电流方向 右手螺旋定则)(1增加或减少原磁通变化方向原磁场 B)(12相相同同或或相相反反与与方方向向感感应应电电流流磁磁场场BB愣愣次次定定律律三、楞次定律由于线圈中所产生的感应电流磁场总是阻碍
19、原磁通的由于线圈中所产生的感应电流磁场总是阻碍原磁通的变化，即阻碍磁铁与线圈的相对运动，因此，要想保持它变化，即阻碍磁铁与线圈的相对运动，因此，要想保持它们的相对运动，必须有外力来克服阻力做功，并通过做功们的相对运动，必须有外力来克服阻力做功，并通过做功将其他形式的能转化为电能，即线圈中的电流不是凭空产将其他形式的能转化为电能，即线圈中的电流不是凭空产生的。生的。2楞次定律符合能量守恒定律楞次定律符合能量守恒定律三、右手定则与楞次定律的一致性右手定则和楞次定律都可用来判断感应右手定则和楞次定律都可用来判断感应电流的方向，两种方法本质是相同的，所得电流的方向，两种方法本质是相同的，所得的结果也是
20、一致的。的结果也是一致的。右手定则适用于判断导体切割磁感线的情右手定则适用于判断导体切割磁感线的情况，而楞次定律是判断感应电流方向的普遍况，而楞次定律是判断感应电流方向的普遍规律。规律。4-5 电磁感应定律一、感应电动势一、感应电动势 注意注意：对电源来说，电流流出的一端为电源的正极。：对电源来说，电流流出的一端为电源的正极。在电源内部，电流从电源负极流向正极，电动势的方向也在电源内部，电流从电源负极流向正极，电动势的方向也是由负极指向正极，因此是由负极指向正极，因此感应电动势的方向感应电动势的方向与感应电流的方向与感应电流的方向一致，仍可用右手定则和楞次定律来判断。一致，仍可用右手定则和楞次
21、定律来判断。1感应电动势感应电动势电磁感应现象中，闭合回路中产生了感应电流，说明回路电磁感应现象中，闭合回路中产生了感应电流，说明回路中有电动势存在。在电磁感应现象中产生的电动势叫中有电动势存在。在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动感应电动势势。产生感应电动势的那部分导体，就相当于电源，如在磁场。产生感应电动势的那部分导体，就相当于电源，如在磁场中切割磁感线的导体和磁通发生变化的线圈等。中切割磁感线的导体和磁通发生变化的线圈等。2感应电动势的方向感应电动势的方向注意注意感应电动势是电源本身的特性，即只要穿过电路的磁通发感应电动势是电源本身的特性，即只要穿过电路的磁通发生变化，电路中就有感应电
22、动势产生，与电路是否闭合无关。生变化，电路中就有感应电动势产生，与电路是否闭合无关。若电路是闭合的，则电路中有感应电流，若外电路是断开若电路是闭合的，则电路中有感应电流，若外电路是断开的，则电路中就没有感应电流，只有感应电动势。的，则电路中就没有感应电流，只有感应电动势。感应电动势与电路是否闭合无关感应电动势与电路是否闭合无关二、电磁感应定律二、电磁感应定律法拉第电磁感应定律：电路中感应电动势的大小，跟穿过法拉第电磁感应定律：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的这一电路的磁通量的变化率磁通量的变化率成正比。成正比。te对于对于N 匝线圈，有匝线圈，有 ttNe大量的实验表明：大量的实验表明
23、：单匝线圈中产生的感应电动势的大小，与穿过线圈的磁通变单匝线圈中产生的感应电动势的大小，与穿过线圈的磁通变化率化率 /t成正比，即成正比，即 式中负号反映楞次定律的内容，即感应电流的磁通总是式中负号反映楞次定律的内容，即感应电流的磁通总是阻碍阻碍产生感应电流的产生感应电流的磁通的变化磁通的变化，它并不表示算出的感应，它并不表示算出的感应电动势得值一定小于零。电动势得值一定小于零。4-6 电感器 在电子技术和电力工程中，常常遇到由导线绕制在电子技术和电力工程中，常常遇到由导线绕制而成的线圈，如收音机中的高频扼流圈，日光灯电而成的线圈，如收音机中的高频扼流圈，日光灯电路中的镇流器等等，这些线圈统称
24、为电感线圈，也路中的镇流器等等，这些线圈统称为电感线圈，也叫电感器叫电感器。电感元件在电子电路中主要与电容组成电感元件在电子电路中主要与电容组成LC谐振谐振回路，其作用是调谐、选频、振荡、阻流及带通回路，其作用是调谐、选频、振荡、阻流及带通（带阻）滤波等。（带阻）滤波等。常用电感元件实物图及符号常用电感元件实物图及符号最常的电感器分类方法：根据线圈内有无铁芯，分为空心和铁心电感线圈。最常的电感器分类方法：根据线圈内有无铁芯，分为空心和铁心电感线圈。一、空心电感线圈 绕在非铁磁材料做成的骨架上的线圈，叫做空心电感线绕在非铁磁材料做成的骨架上的线圈，叫做空心电感线圈。常见的空心电感线圈如图所示。圈
25、。常见的空心电感线圈如图所示。N磁链磁链：一个：一个N匝的电感线圈通有电流匝的电感线圈通有电流I，在每匝线圈上产生的，在每匝线圈上产生的磁通为，则线圈的磁链为磁通为，则线圈的磁链为 一、空心电感线圈 磁通与磁链都是电流磁通与磁链都是电流I的函数，都随电流的变化而变化。的函数，都随电流的变化而变化。理论和实验都可以证明，磁链与电流理论和实验都可以证明，磁链与电流I成正比，即成正比，即 ILLI或电感电感L的的SI单位是亨利，符号为单位是亨利，符号为H，简称亨。，简称亨。1 mH=10-3 H；1 H=10-6 H经常用的电感单位还有毫亨经常用的电感单位还有毫亨(mH)、微亨、微亨(H)在空心电感
26、线圈内放置铁磁材料制成的铁芯，叫在空心电感线圈内放置铁磁材料制成的铁芯，叫做铁心电感线圈。常见的铁心电感线圈如图所示。做铁心电感线圈。常见的铁心电感线圈如图所示。通过铁心电感线圈的电流和磁链不是正比关系，通过铁心电感线圈的电流和磁链不是正比关系，即磁链与电流的比值不是一个常数。即磁链与电流的比值不是一个常数。二、铁心电感线圈 对于一个确定的电感线圈，磁场强度对于一个确定的电感线圈，磁场强度H与所通过的电流与所通过的电流I成正比，即成正比，即H与与I一一对应；磁感应强度一一对应；磁感应强度B与线圈的磁链与线圈的磁链成正比，即成正比，即B与与一一对应。一一对应。可见，可见，与与I的曲线和的曲线和B
27、与与H的曲线形状相同，如图所示。的曲线形状相同，如图所示。1111tanIL 由图可见，电流为由图可见，电流为I1时对应的时对应的磁链磁链1，其电感为，其电感为 由图可见，电流为由图可见，电流为I2时对应的磁链时对应的磁链2，其电感为，其电感为 2222tanIL21LL 显然显然三、电感线圈的参数 电感元件是一个储能元件（磁场能），它有两个重要参电感元件是一个储能元件（磁场能），它有两个重要参数，一个是电感，一个是额定电流。数，一个是电感，一个是额定电流。当通过一个线圈的磁通发生变化时，线圈中便会产生电势，这就是电当通过一个线圈的磁通发生变化时，线圈中便会产生电势，这就是电磁感应现象。电势大
28、小正比于磁通变化的速率和线圈匝数。自感电动势的磁感应现象。电势大小正比于磁通变化的速率和线圈匝数。自感电动势的方向总是组织电流变化的，犹如线圈具有惯性，这种方向总是组织电流变化的，犹如线圈具有惯性，这种电磁惯性的大小电磁惯性的大小就用就用电感量电感量L来表示。来表示。1电感电感电感量电感量L也称自感系数，是用来表示电感元件自感应能力的物理量。也称自感系数，是用来表示电感元件自感应能力的物理量。电感电感L的的SI单位是亨利，符号为单位是亨利，符号为H，简称亨。，简称亨。1 mH=10-3 H；1 H=10-6 H经常用的电感单位还有毫亨经常用的电感单位还有毫亨(mH)、微亨、微亨(H)电感元件是
29、一个储能元件（磁场能），它有两个重要参数，一个是电感元件是一个储能元件（磁场能），它有两个重要参数，一个是电感，一个是额定电流。电感，一个是额定电流。通常是指允许长时间通过电感元件的直流电流值。通常是指允许长时间通过电感元件的直流电流值。2额定电流额定电流选用电感元件时，其额定电流值一般要稍大于电流中流过的最大电流。选用电感元件时，其额定电流值一般要稍大于电流中流过的最大电流。注意：注意：实际的电感线圈常用导线绕制而成，因此除具有电感外还具有电阻。实际的电感线圈常用导线绕制而成，因此除具有电感外还具有电阻。由于电感线圈的电阻很小，常可忽略不计，它就成为一种只有电感而没有由于电感线圈的电阻很小，
30、常可忽略不计，它就成为一种只有电感而没有电阻的理想线圈，即纯电感线圈，简称电感。电阻的理想线圈，即纯电感线圈，简称电感。*4-7 自感与互感一、自感现象与自感电动势一、自感现象与自感电动势当导体中的电流发生变化时，导体本身就产生感当导体中的电流发生变化时，导体本身就产生感应电动势，这个电动势总是阻碍导体中原来电流的变应电动势，这个电动势总是阻碍导体中原来电流的变化。这种由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁化。这种由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象叫做自感现象。感应现象叫做自感现象。1自感现象自感现象自感现象中产生的感应电动势，叫做自感电动势自感现象中产生的感应电动势，叫做自感电动
31、势。2自感电动势自感电动势一、自感现象与自感电动势一、自感现象与自感电动势自感现象中产生的感应电动势，叫做自感电动势。自感现象中产生的感应电动势，叫做自感电动势。2自感电动势自感电动势计算：计算：在自感电动势的参考方向和电感、元件电流为关联参在自感电动势的参考方向和电感、元件电流为关联参考方向下，自感电动势公式可由法拉第电磁感应定律推导而得考方向下，自感电动势公式可由法拉第电磁感应定律推导而得 tiLeL注意：注意：公式中的符号表明自感电动势总是企图阻止电流的变公式中的符号表明自感电动势总是企图阻止电流的变化。化。3自感现象的意义自感现象的意义1 1、自感现象广泛存在：、自感现象广泛存在：凡是
32、有导线、线圈的设备中，只要有电流变化都有自感现凡是有导线、线圈的设备中，只要有电流变化都有自感现象存在，因此要充分考虑自感和利用自感。象存在，因此要充分考虑自感和利用自感。2 2、自感现象广泛应用与各种电器、电子技术中。、自感现象广泛应用与各种电器、电子技术中。实例讲解：日光灯。日光灯电路中利用镇流器的自感现象，实例讲解：日光灯。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。获得点燃灯管所需要的高压，并且使日光灯正常工作。3 3、自感现象在某些情况下是非常有害的。、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
33、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成导体，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成导体，产生电弧而烧毁开关，甚至危害工作人员的安全。产生电弧而烧毁开关，甚至危害工作人员的安全。二、互感现象与互感电动势二、互感现象与互感电动势由于一线圈电流变化引起另一个线由于一线圈电流变化引起另一个线圈产生感应电动势的现象，称为互感现圈产生感应电动势的现象，称为互感现象。产生的感应电动势
34、叫互感电动势。象。产生的感应电动势叫互感电动势。1互感现象互感现象演示实验演示实验：线圈线圈A和滑键变阻器和滑键变阻器RP、开关、开关S串联起来以后接到电源串联起来以后接到电源E上。上。线圈线圈B的两端分别和灵敏电流计的两个接线柱连接。观察当开关的两端分别和灵敏电流计的两个接线柱连接。观察当开关S闭合或断闭合或断开的瞬间，电流计的变化情况。开的瞬间，电流计的变化情况。现象：现象：当开关当开关S闭合或断开的瞬间，电流计的指针发生偏转，并且指针闭合或断开的瞬间，电流计的指针发生偏转，并且指针偏转的方向相反，说明电流方向相反。当开关闭合后，迅速改变变阻器的偏转的方向相反，说明电流方向相反。当开关闭合
35、后，迅速改变变阻器的阻值，电流计的指针也会左右偏转，而且阻值变化越快，电流计指针偏转阻值，电流计的指针也会左右偏转，而且阻值变化越快，电流计指针偏转的角度越大。的角度越大。二、互感现象与互感电动势二、互感现象与互感电动势1互感现象互感现象分析：分析：实验表明线圈实验表明线圈A中的电流发生变化时，电流产生的磁场中的电流发生变化时，电流产生的磁场也要发生变化，通过线圈的磁通也要随之变化，其中必然要有也要发生变化，通过线圈的磁通也要随之变化，其中必然要有一部分磁通通过线圈一部分磁通通过线圈B，这部分磁通叫做互感磁通。互感磁通，这部分磁通叫做互感磁通。互感磁通同样随着线圈同样随着线圈A中电流的变化而变
36、化，因此，线圈中电流的变化而变化，因此，线圈B中要产生中要产生感应电动势。同样，如果线圈感应电动势。同样，如果线圈B中的电流发生变化时，也会使中的电流发生变化时，也会使线圈线圈A中产生感应电动势。这种现象叫做互感现象，所产生的中产生感应电动势。这种现象叫做互感现象，所产生的电动势叫做互感电动势，用来表示。电动势叫做互感电动势，用来表示。一、互感现象与互感电动势一、互感现象与互感电动势互感现象中产生的感应电动势，叫做互感电动势。互感现象中产生的感应电动势，叫做互感电动势。2互感电动势互感电动势计算：计算：在互感电动势和电流的参考方向一致的情况下，理论在互感电动势和电流的参考方向一致的情况下，理论
37、和实验证明线圈和实验证明线圈B互感电动势为互感电动势为 tiMeM式中：式中：M线圈的互感系数，单位是亨线圈的互感系数，单位是亨利利，符号为，符号为H；eM互感电动势，单位是伏互感电动势，单位是伏特特，符号为，符号为V。注意：注意：互感系数由这两个线圈的几何形状、尺寸、匝数、它互感系数由这两个线圈的几何形状、尺寸、匝数、它们之间的相对位置以及磁介质的磁导率决定，与线圈中的电流们之间的相对位置以及磁介质的磁导率决定，与线圈中的电流大小无关。大小无关。3互感现象的意义互感现象的意义1 1、互感现象的应用：、互感现象的应用：应用互感可以很方便的把能量或信号由一个线圈传递到另应用互感可以很方便的把能量
38、或信号由一个线圈传递到另一个线圈。我们使用的各种各样的变压器，如电力变压器、中一个线圈。我们使用的各种各样的变压器，如电力变压器、中周变压器、钳形电流表等都是根据互感原理工作的。周变压器、钳形电流表等都是根据互感原理工作的。2 2、互感现象在某些情况下是非常有害的。、互感现象在某些情况下是非常有害的。例如：有线电话常常会由于两路电话间的互感而引起串音；例如：有线电话常常会由于两路电话间的互感而引起串音；无线电设备中，若线圈位置安放不当，线圈间相互干扰，影响无线电设备中，若线圈位置安放不当，线圈间相互干扰，影响设备正常工作。设备正常工作。在此类情况下就需要避免互感的干扰。在此类情况下就需要避免互
39、感的干扰。一、互感线圈的同名端一、互感线圈的同名端4-8 互感线圈的同名端及实验判定 1同名端同名端 在电子电路中，对两个或两个以上的有电磁耦合的线圈，在电子电路中，对两个或两个以上的有电磁耦合的线圈，常常需要知道互感电动势的极性。常常需要知道互感电动势的极性。如下图所示，图中两个线圈如下图所示，图中两个线圈 L1、L2 绕在同一个圆柱形铁绕在同一个圆柱形铁棒上，棒上，L1 中通有电流中通有电流 I。互感线圈的极性互感线圈的极性 1同名端同名端(1)当当 i 增大时，它所产生的磁通增大时，它所产生的磁通 1 增加，增加，L1 中产生自中产生自感电动势，感电动势，L2 中产生互感电动势，这两个电
40、动势都是由于磁中产生互感电动势，这两个电动势都是由于磁通通 1 的变化引起的。根据楞次定律可知，它们的感应电流都的变化引起的。根据楞次定律可知，它们的感应电流都要产生与磁通要产生与磁通 1 相反的磁通，以阻碍原磁通相反的磁通，以阻碍原磁通 1 的增加，由安的增加，由安培定则可确定培定则可确定 L1、L2 中感应电动势的方向，即电源的正、负中感应电动势的方向，即电源的正、负极，标注在图上，可知端点极，标注在图上，可知端点 1 与与 3、2 与与 4 极性相同。极性相同。(2)当当 I 减小时，减小时，L1、L2 中的感应电动势方向都反了过来，中的感应电动势方向都反了过来，但端点但端点 1 与与
41、3、2 与与 4 极性仍然相同。极性仍然相同。(3)无论电流从哪端流入线圈，无论电流从哪端流入线圈，1 与与 3、2 与与 4 的极性都保的极性都保持相同。持相同。这种在同一变化磁通的作用下，感应电动势极性相同的端这种在同一变化磁通的作用下，感应电动势极性相同的端点叫点叫同名端同名端，感应电动势极性相反的端点叫，感应电动势极性相反的端点叫异名端异名端。在电路中，一般用在电路中，一般用“”表示同名端，如下图所示。在标表示同名端，如下图所示。在标出同名端后，每个线圈的具体绕法和它们之间的相对位置就不出同名端后，每个线圈的具体绕法和它们之间的相对位置就不需要在图上表示出来了。需要在图上表示出来了。2
42、同名端的表示同名端的表示二、互感线圈同名端的判定1 1、应用楞次定律判定、应用楞次定律判定 若线圈的绕向已知，可应用楞次定律判定互感线若线圈的绕向已知，可应用楞次定律判定互感线圈的同名端。圈的同名端。2 2、应用实验的方法确定、应用实验的方法确定 若线圈的绕向无法确定式，可应用实验的方法判若线圈的绕向无法确定式，可应用实验的方法判定互感线圈的同名端。定互感线圈的同名端。2 2、应用实验的方法确定、应用实验的方法确定 若线圈的绕向无法确定式，可应用实验的方法判若线圈的绕向无法确定式，可应用实验的方法判定互感线圈的同名端。定互感线圈的同名端。线圈线圈L1与电阻与电阻R、开关、开关S串联起来以后，接
43、到直流电源串联起来以后，接到直流电源E上。上。把线圈把线圈L2的两端与直流电压表（也可用直流电流表）连接。迅的两端与直流电压表（也可用直流电流表）连接。迅速闭合开关速闭合开关S，电流从线圈，电流从线圈L1的的A端流入，并且电流随时间的端流入，并且电流随时间的增大而增大，即，如果此时电压表的指针正向偏转，则线圈增大而增大，即，如果此时电压表的指针正向偏转，则线圈L1的的A端与线圈端与线圈L2的的C端时同名端；反之，则端时同名端；反之，则A与与C则为异名端。则为异名端。4-9 线圈中的磁场能一、磁场能量一、磁场能量电感线圈也是一个储能元件。经过高等数学推导，线圈中电感线圈也是一个储能元件。经过高等
44、数学推导，线圈中储存的磁场能量为储存的磁场能量为 221LIWL 当线圈中通有电流时，线圈中就要储存磁场能量，通过线当线圈中通有电流时，线圈中就要储存磁场能量，通过线圈的电流越大，储存的能量就越多；在通有相同电流的线圈中，圈的电流越大，储存的能量就越多；在通有相同电流的线圈中，电感越大的线圈，储存的能量越多，因此线圈的电感也反映了电感越大的线圈，储存的能量越多，因此线圈的电感也反映了它储存磁场能量的能力。它储存磁场能量的能力。磁场能量与电场能量的对比(1)磁场能量和电场能量在电路中的转化都是可逆的。例磁场能量和电场能量在电路中的转化都是可逆的。例如，随着电流的增大，线圈的磁场增强，储入的磁场能量增多；如，随着电流的增大，线圈的磁场增强，储入的磁场能量增多；随着电流的减小，磁场减弱，磁场能量通过电磁感应的作用，随着电流的减小，磁场减弱，磁场能量通过电磁感应的作用，又转化为电能。因此，线圈和电容器一样是储能元件，而不是又转化为电能。因此，线圈和电容器一样是储能元件，而不是电阻类的耗能元件。电阻类的耗能元件。(2)磁场能量的计算公式，在形式上与电场能量的计算公磁场能量的计算公式，在形式上与电场能量的计算公式相同。式相同。
