互感和自感涡流

互感和自感、涡流【学习目标】1、知道什么是互感现象和自感现象。2、知道自感系数是表示线圈本身特征的物理量，知道它的单位及其大小的决定因素。3、能够通过电磁感应部分知识分析通电、断电自感现象的原因。4、知道涡流是如何产生的，知道涡流对人类有利和有害的两方面，以及如何利用涡流和防止涡流。【要点梳理】要点一、互感现象两个线圈之间没有导线相连，但当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势，这种现象称为互感，产生的感应电动势叫互感电动势。要点诠释：（1）互感现象是一种常见的电磁感应现象，它不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间，而且可以发生于任何相互靠近的电路之间。（2）互感现象可以把能量从一个电路传到另一个电路。变压器就是利用互感现象制成的。（3）在电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作，应设法减小电路间的互感。要点二、自感现象1．实验如图甲所示，首先闭合S后调节R，使12AA、亮度相同，然后断开开关。再次闭合S，灯泡2A立刻发光，而跟线圈L串联的灯泡1A却是逐渐亮起来的。如图乙所示电路中，选择适当的灯泡A和线圈L，使灯泡A的电阻大于线圈L的直流电阻。断开S时，灯A并非立即熄灭，而是闪亮一下再逐渐熄灭。图甲实验叫通电自感。在闭合开关S的瞬间，通过线圈L的电流发生变化而引起穿过线圈L的磁通量发生变化，线圈L中产生感应电动势，这个感应电动势阻碍线圈中电流的增大，通过灯泡1A的电流只能逐渐增大，所以1A只能逐渐变亮。图乙实验叫断电自感。断开S的瞬间，通过线圈L的电流减弱，穿过线圈的磁通量很快减小，线圈L中出现感应电动势。虽然电源断开，但由于线圈L中有感应电动势，且和A组成闭合电路，使线圈中的电流反向流过灯A，并逐渐减弱。由于L的直流电阻小于灯A的电阻，其原电流大于通过灯A的原电流，故灯闪亮一下后才逐渐熄灭。2．结论由于通过线圈自身的电流发生变化时，线圈本身产生感应电动势的现象叫自感现象。由于自感而产生的感应电动热叫自感电动势。要点诠释：1．自感电动势的作用：总是阻碍导体中原电流的变化，即总是起着推迟电流变化的作用。2．自感电动势的方向：自感电动势总是阻碍导体中原来电流的变化，当原来电流增大时，自感电动势与原来电流方向相反；当原来电流减小时，自感电动势与原来电流方向相同。3．自感电动势大小：iELt自，大小由电流变化的快慢和自感系数L决定。要点三、自感系数自感系数是表示线圈产生自感电动势本领大小的物理量，简称为自感或电感，用L表示。要点诠释：（1）大小：线圈长度越长，线圈横截面积越大，单位长度上匝数越多，线圈的自感系数越大；线圈有铁芯比无铁芯时自感系数大得多。（2）物理意义：表征线圈产生自感电动势本领大小的物理量，数值上等于通过线圈的电流在1s内改变lA时产生的自感电动势的大小。（3）单位：亨利（符号H），1亨=310毫亨=610微亨（361H10mH10H）。要点四、自感现象的应用和防止1．应用：电感线圈可以把电能转化为磁场能储存起来，也可以把储存的磁场能转化为电能；当自感系数很大时，可以产生自感电动势，增大电路的瞬时电压。电感线圈可以延续电流的变化时间，起到一定的稳定电流的作用，在交流电路中，常用电感线圈来通直流阻交流，通低频阻高频。电感线圈在各种电器设备和无线电技术中应用广泛，如日光灯电路中的镇流器、LC振荡电路等。2．危害和防止：在切断自感系数很大、电流很强的电路的瞬间，会产生很高的自感电动势，形成电弧，危及工作人员和设备安全，在这类电路中应采用特别的开关；制作精密电阻时，采用双线绕法来消除自感现象。要点五、电感和电阻的比较1．阻碍作用:电阻R对电流有阻碍作用，电感L对电流的变化有阻碍作用。2．大小因素:电阻越大，对电流的阻碍越大，产生的电势差越大；电感越大，对电流的阻碍作用越大，产生的自感电动势越大。3．决定因素:电阻R决定于导体长度、横截面积、材料电阻率；电感L决定于线圈长度、横截面积、匝数、有无铁芯等。4．联系:电感和电阻都是反映导体本身性质的物理量。要点六、线圈对变化电流的阻碍作用与对稳定电流的阻碍作用的比较1．两种阻碍作用产生的原因不同线圈对稳定电流的阻碍作用，是由绕制线圈的导线的电阻决定，对稳定电流阻碍作用的产生原因，是金属对定向运动电子的阻碍作用。而线圈对变化电流的阻碍作用，是由线圈的自感现象引起的，当通过线圈中的电流变化时，穿过线圈的磁通量发生变化，产生自感电动势，阻碍线圈中电流变化。2．两种阻碍作用产生的效果不同在通电线圈中，电流稳定值为LER／，由此可知，线圈的稳态电阻决定了电流的稳定值。L越大，电流由零增大到稳定值的时间越长，也就是说，线圈对变化电流的阻碍作用越大，电流变化的越慢。总之，稳态电阻决定了电流所能达到的稳定值，对变化电流的阻碍作用决定了要达到稳定值所需的时间。要点七、在断电自感中，灯泡是否闪亮一下的判断方法如图所示电路中，当开关S断开后，灯泡A是否会闪亮一下？闪亮一下的条件是什么？设开关闭合时，电源路端电压为U，线圈的电阻为LR，灯泡的电阻为AR，则通过线圈的电流为LLUIR，通过灯泡的电流为AAUIR。当开关断开后，线圈和灯泡组成的回路中的电流从LI开始减弱。若ALRR＞，有ALII＜，在断开开关的瞬间，通过灯泡的电流会瞬间增大，灯泡会闪亮一下。若ALRR，有ALII，断开开关后，通过灯泡的电流减小，灯泡不会闪亮一下。要点八、电路中电流大小变化的判断方法在进行分析计算时，要注意：①如果电感线圈的直流电阻为零，那么电路稳定时可认为线圈短路；②在电流由零增大的瞬间可认为线圈断路。如图所示，S闭合稳定后，若不考虑线圈的直流电阻，则灯泡不亮，流过线圈的电流I较大。在S断开的瞬间，灯泡和线圈构成了闭合回路，其中线圈中电流的流向不变，其大小只能在原来大小的基础上减弱。要点九、涡流当线圈中的电流随时间变化时，线圈附近的任何导体中都会产生感应电流，电流在导体内自成闭合回路，很像水中的旋涡，把它叫做涡电流，简称涡流。要点诠释：1．涡流产生的原因:涡流是一种特殊的电磁感应现象，当把块状金属放在变化的磁场中，或者让它在非均匀磁场中运动，金属块内就产生感应电流，因为金属块本身可自行构成闭合回路，且块状金属导体的电阻一般情况下很小，所以产生的涡流通常是很强的。2．涡流的防止:电动机、变压器的线圈中有变化的电流，因而在铁芯中产生了涡流，不仅浪费了能量，还可能损坏电器，因此，要想办法减小涡流。为了达到减小涡流的目的，采用了电阻率大的硅钢做铁芯的材料，并把硅钢做成彼此绝缘的薄片，这样，就大大减小了涡流。3．涡流的利用:用来冶炼合金钢的真空冶炼炉，炉外有线圈，线圈中通入反复变化的电流，炉内的金属中就产生涡流。涡流产生的热量使金属达到很高的温度并熔化。利用涡流冶炼金属的优点是整个过程能在真空中进行，这样就能防止空气中的杂质进入金属，可以冶炼高质量的合金。要点十、电磁阻尼当导体在磁场中运动时，如果导体中出现涡流，即感应电流，则感应电流会使导体受到安培力作用，安培力的方向总是阻碍导体的运动，这种现象叫做电磁阻尼。要点诠释：电磁阻尼在实际中有很多应用，课本上讲的使电学仪表的指针很快的停下来，就是电磁阻尼作用。电磁阻尼还常用于电气机车的电磁制动器中。要点十一、电磁驱动如果磁场相对于导体运动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来，这种作用叫做电磁驱动。电磁驱动的原因分析：如图所示，当蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量发生变化，由楞次定律知，线圈中有感应电流产生，以阻碍磁通量变化，线圈会跟着一起转动起来。要点诠释：（1）线圈转动方向和磁铁转动方向相同，但转速小于磁铁转速，即同向异步。（2）下一章要介绍的感应电动机、家庭中用的电能表、汽车上用的电磁式速度表，就是利用这种电磁驱动。【典型例题】类型一、互感现象产生的条件例1.如图所示，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN，当PQ在外力作用下运动时，MN在磁场力作用下向右运动，则PQ所做的运动可能是（）A．向右匀加速运动B．向左匀加速运动C．向右匀减速运动D．向左匀减速运动【答案】BC举一反三【变式】如图所示，金属球（铜球）下端有通电的线圈，今把小球拉离平衡位置后释放，此后关于小球的运动情况是：（不计空气阻力）（）A．做等幅振动；B．做阻尼振动；C．振幅不断增大；D．无法判定．【答案】B类型二、断电自感现象例2．如图所示的（a）、（b）两个电路中，电阻R和自感线圈L的电阻值都小，且小于灯泡A的电阻，接通开关S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则（）A．在电路（a）中，断开S后，A将逐渐变暗B．在电路（a）中，断开S后，A将先变得更亮，然后逐渐变暗C．在电路（b）中，断开S后，A将逐渐变暗D．在电路（b）中，断开S后，A将先变得更亮，然后逐渐变暗【答案】AD举一反三【变式】图为一演示实验电路图，图中L是一带铁心的线圈，A是一灯泡，电键K处于闭合状态，电路是接通的．现将电键K打开，则在电路切断的瞬间，通过灯泡A的电流方向是从_______端到________端．这个实验是用来演示_________现象的．【答案】a，b，自感类型三、通电自感现象例3．如图所示，电路中电源的内阻不能忽略，R的阻值和L的自感系数都很大，A、B为两个完全相同的灯泡，当S闭合时，下列说法正确的是（）A．A比B先亮，然后A灭B．B比A先亮，然后B逐渐变暗C．A、B一起亮，然后A灭D．A、B一起亮，然后B灭【答案】B类型四、正确理解自感电动势例4．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，当断开开关S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【答案】A举一反三【变式】如图所示的电路中，AB、两灯电阻均为R，且Rr，L为纯电感线圈，原先12SS、均断开，则（）A．1S闭合瞬间，A灯先亮，B灯后亮，以后两灯一样亮B．1S闭合后，再闭合2S，两灯亮度不变C．12SS、均闭合后，再断开1S，B灯立即熄灭，A灯闪亮一下才熄灭D．12SS、均闭合后，先断开2S，再断开1S，A灯立即熄灭，B灯闪亮一下才熄灭【答案】AC类型五、自感现象在电路中的应用例5．在如图所示的电路中，L为电阻很小的线圈，1G和2G为零点在表盘中央的相同的电流表。当开关S闭合时，电流表1G指针偏向右方，那么当开关S断开时，将出现的现象是（）A．1G和2G指针都立即回到零点B．1G指针立即回到零点，而2G指针缓慢地回到零点C．1G指针缓慢回到零点，而2G指针先立即偏向左方，然后缓慢地回到零点D．G1指针先立即偏向左方，然后缓慢地回到零点，而2G指针缓慢地回到零点【答案】D类型六、自感现象的应用和防止例6．在如图所示的四个日光灯的接线图中，1S为启动器，2S为开关，L为镇流器。能使日光灯正常发光的是（）【答案】AC举一反三【变式】如图所示是一种延时开关，当1S闭合时，电磁铁F将衔铁D吸下，C线路接通。当1S断开时，由于电磁感应作用，D将延迟一段时间才被释放。对于这个延时开关的工作情况，下列说法中正确的是（）A．由于A线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用B．由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用C．如果断开B线圈的电键2S，无延时作用D．如果断开B线圈的电键2S，延时将变长【答案】BC例7．在制作精密电阻时，为了消除使用过程中由于电流变化而引起的自感现象，采用双线并绕的方法，如图所示。其原理是（）A．当电路中的电流变化时，两股导线产生的自感电动势相互抵消B．当电路中的电流变化时，两股导线产生的感应电流相互抵消C．当电路中的电流变化时，两股导线中原电流的磁通量相互抵消D．以上说法都不对【答案】C举一反三【变式】在无线电仪器中，常需要在距离较近处安装两个线圈，并要求当一个线圈中有电流变化时，对另一个线圈中的电流的影响尽量小。则图中两个线圈的相对安装位置最符合该要求的是（）【答案】D类型七、涡流的应用例8．如图所示是高频焊接原理示意图，线圈中通以高频交变电流时，待焊