生活中的自感现象

浅谈生活中的自感现象

科学与生活息息相关。本文由平时大家常见的日光灯引入，其中详细对日光灯中的镇流器中利用自感现象做出解释，并以此为基础加以推广，介绍有关自感科学知识，继而介绍其他的有关自感现象的应用。从而完成从生活发现问题，用科学解释问题，在探索中获得知识这一过程，加深对科学知识的认识和理解。同时由此向其他知识拓展，明白科学在人类生活中应该有的地位。

关键字：自感镇流器启辉器感应圈

正文：

科学源于生活，科学促进生活。科学与生活的关系是相互依存，没有科学的生活是混乱不堪的。就以照明为例，人类社会因为有了火，才开始对黑夜的探索，才开始让生活更加有序。时至今日，日光灯更是让千家万户在夜晚享受光明。而日光灯中对科学知识最为突出的应用之一就是对自感现象及其相应知识的利用。

在介绍日光灯的知识之前首先对自感现象进行一下介绍。当线圈中通有电流时，电流所产生的磁通量会通过线圈本身。当电流，线圈形状或者周围的磁介质发生改变时，通过线圈自身的磁通量也会随之变化，从而在线圈中产生感应电动势，这种现象被称为自感现象。相应的电动势被称为自感电动势。

假设线圈中的电流为I,根据毕奥-萨伐尔定律，该电流在空间任意一点的磁感应强度的大小与线圈中的电流强度I成正比。因此通过线圈本身的全磁通也与电流成正比，即

ψ

LI

=

（1）式中，比例系数L叫做线圈的自感系数，简称自感。在国际单位制中，自感系数的单位与互感系数的单位相同，也为亨[利],毫亨（mH）,微亨（μH）。即当线圈中的电流为1A时，如果通过线圈本身的全磁通为1Wb，则该线圈的自感系数为1H。实验表明，自感系数L与线圈的几何形状，大小，匝数及周围的磁介质的情况有关，与线圈中的电流无关（非铁磁质）。对于确定的线圈和磁介质（非铁磁质），自感系数L为常数。此时当线圈中的电流发生变化时通过线圈的磁通量也发生改变，根据法拉第电磁感应定律，线圈中产生的自感电动势为

（2）式中，负号表示自感电动势ε的方向总是反抗线圈中电流的改变。亦即，当电流增加时，自感电动势与原来电流的流向相反；当电流减小时，自感电动势与原来电流的流向相同。由此可见任何线圈中只要有电流的改变，就必将在线圈中产生自甘电动势，以反抗线圈中电流的改变。显然，当电流变化率相同时，自感系数L越大的线圈，其自感电动势也越大，改变该线圈中的电流就越不易。这一特性和力学中物体的惯性相仿，因而，可以认为自感系数L是描述线圈“电磁惯性”的一个物理量。

以上便是对自感现象的介绍，在有一定的知识作为理论基础，接下来，我结合日光灯具体谈谈自感现象在其中的应用。

日光灯作为生活中常用的一种照明工具完整的日光灯电路包括日光灯管、镇流器、启动器、开关等主要部分．日光灯管灯管的两端各有一根灯丝，灯管内充有微量的氩和稀薄的天然汞蒸气，灯管内壁涂有荧光物质．当管内的气体被击穿而导电时，灯管两端炽热的灯丝就会释放出大量电子，这些电子与汞原子碰撞而放出紫外线，涂在灯管内壁的荧光物质在紫外线的照射下发出可见光．根据不同的需要在管内充以不同的气体，并在管的内壁涂上不同的荧光物质，就可制造出发不同的颜色光的日光灯．

（图片1）

对于日光灯起动这一过程，当电源接通后，电源电压加在启动器的两极之间，使氖气放电发出辉光．辉光产生的热量使U形动触片膨胀伸长，与静触片接触，电路导通，于是镇流器的线圈和灯管的灯丝中就有电流通过．就这样220V 交流电经过镇流器，在镇流器互感的作用下产生约600V的高压，加在灯管上，灯管无反映，但并联在灯管另一边的起辉器，由于通过灯丝得到了600V的高压电，并加在了起辉器的两端，由于起辉器内部的氖泡承受不了600V 的高压，击穿氖泡里的氖气，而发出红光，并发出热量，氖泡里的热敏触点，在热力的作用下，身展，并碰到另一个触点，接触上后，此时，氖泡处于短路状态，短路后，灯管的灯丝在短路的作用下，通电，发光，发热。由于，氖泡内短路，氖泡两端不在有电，不一会，氖泡里的热敏丝冷却，而收缩，触点断开。由于，起辉器内不的氖泡里的热敏丝断开，所以，灯管两端的灯丝得不到电压而停止发光发热，但灯管内不的水银蒸气未凉，在起辉器断开的同时，灯管里的水银蒸汽在热力的作用下，600V 高压的作用下，和导通发光。发光后的灯管两端电压积聚下降，降到了110V左右。灯管在 110V 交流电的供应下，稳定的工作，而，起辉器由于电压降到了110V，内部的氖泡无法导通发光，所以，起辉器不在动作。到此，日光灯的工作程序，全部完成。如果一次未能启动灯管的话，起辉器将反复的通断，直到灯管正常工作位止。而日光灯正常发光时，镇流器起降压限流的作用，保证日光灯正常发光．

（图片2）

通过分析日光灯从起动到正常发光这一过程，不难看出在这一过程中有两个器件起到的作用相当重要，它们分别是镇流器和启辉器。对于这两个器件的介绍，我们从疑问开始。首先日光灯的启辉器的工作原理是怎么样的?其次如果不用镇流器直接将220V接上灯管会有什么反应没? 这两个问题很好回答，刚接通灯具电源时全部电压加在启辉器上,启辉器放电而发热双金属片弯曲接通电源,接通后启辉器没有电压放电停止双金属片冷却断开,在断开的瞬间灯管发光,起动后一半以上的电压降落在镇流器上,启辉器电压不足不能放电保持断开状态不用镇流器烧会烧毁灯管。

接下来我们进一步走进启辉器和镇流器。通过分析其具体功用学习其中的科学知识。

启辉器，启辉器是老式的日光灯必需的一个元件。其构造是一个冲氖气的小灯泡，但里面不是灯丝，是由双金属片做成的一个接触开关。起辉器在日光灯管电路中与镇流器一同发挥作用。当日光灯管电路接通的时候，220 付电压使氖气发出红色的辉光，同时生热，双金属片受热变形，两灯柱由断开变成接通，接通瞬间电路中的镇流器产生冲击电压，将日光灯管点亮。日光灯管点亮以后，所需要的电压很低，具体是由镇流器控制的，这个电压不足以支持氖泡继续发光，于是起辉器熄灭，双金属片冷却复原。“启辉器”也叫“启动器”也叫“氖气启动器”作用是当启动时加热灯丝，启动后电流中电子撞击电极时能产生足够的电子。当按下开关时,让电流流经灯丝，待灯丝加热至能够产生足够的热电子时, 这些逃脱灯丝的电子，经灯管两端的电压（场）作用而加速=>碰撞=>游离更多电子=>加速=> ...循环于是原本不易导电的气体灯管，突然变成容易导电的游离气体。接下来放电过程开始进行了。

而镇流器是一个带铁芯的线圈，其自感系数很大．镇流器在日光灯起动阶段和正常发光阶段，起着不尽相同的作用，具体表现为：

1．在灯管启动时，镇流器能够产生一个高出电源电压很多的瞬时电压，使日光灯

内的气体导电，而被点燃；在日光灯启动后，因为日光灯的电阻变得很小，只允许