知识讲解 互感和自感、涡流

互感和自感、涡流

编稿：张金虎 审稿：李勇康

【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12A A 、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：

i E L t

∆=∆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H ），1亨=310毫亨=610微亨（36

1H 10mH 10H μ==）。

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L E R ／，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L R ，灯泡的电阻为A R ，则通过线圈的电流为L L U I R =，通过灯泡的电流为A A

U I R =。当开关断开后，线圈和灯泡组成的回路中的电流从L I 开始减弱。

若A L R R ＞，有A L I I ＜，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A L R R ≤，有A L I I ≥，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。