什么是自感?什么是互感?在实验室中如何测定?

如题所述

自感:由于导体本身电流的变化而产生的电磁感应现象叫作自感现象。

互感:当一线圈中的电流发生变化时,在临近的另一线圈中产生感应电动势,叫作互感现象。互感现象是一种常见的电磁感应现象,不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间,而且也可以发生于任何两个相互靠近的电路之间。

自感影响:

好处:自感现象在电工无线电技术中应用广泛。自感线圈是交流电路或无线电设备中的基本元件,它和电容器的组合可以构成谐振电路或滤波器,利用线圈具有阻碍电流变化的特性可以稳定电路的电流。

坏处:自感现象有时非常有害,例如具有大自感线圈的电路断开时,因电流变化很快,会产生很大的自感电动势,导致击穿线圈的绝缘保护,或在电闸断开的间隙产生强烈电弧,可能烧坏电闸开关,如周围空气中有大量可燃性尘粒或气体还可引起爆炸。这些都应设法避免。

以上内容参考:

百度百科-互感

百度百科-自感

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第1个回答  2013-10-23
线圈自己固有的抵抗磁通量变化的力量是自感。两个线圈通过磁通互相作用是互感。让线圈和电阻(电阻为R)串联,在这个电路的两端通入交流电,频率为f,,测量电感两端的电压U1和电阻两端电压U2,计算得出电感的等效电阻r。根据r=2*圆周率*f*L得出L是自感。本回答被网友采纳
第2个回答  2013-10-23
自感现象 当线圈中的电流发生变化时,它所激发的磁场穿过该线圈自身的磁通量也随之变化,从而在该线圈自身产生感应电动势的现象,称为自感现象,这样产生的感应电动势,称之为自感电动势,通常可用 来表示。
设闭合回路中的电流强度为i,根据毕奥-萨伐尔定律,空间任意一点的磁感强度B的大小都和回路中的电流强度i成正比,因此穿过该回路所包围面积内的磁通量 也和i 成正比,即 比例系数L叫做回路的自感系数,简称自感。
自感系数L 的单位为H,称为亨利,简称亨 。从上式可见,某回路的自感系数L在数值上等于这回路中的电流强度为1安培时,穿过这回路所包围面积的磁通量。
自感系数与回路电流的大小无关,决定线圈回路自感系数的因素是:线圈回路的几何形状、大小及周围介质的磁导率。
按法拉第电磁感应定律,回路中所产生的自感电动势可用自感系数L 表示为 由公式可知,自感系数L的物理意义。自感系数表征了回路本身的一种电磁属性。任何回路中只要有电流的改变,就必将在回路中产生自感电动势,以反抗回路中电流的改变。显然,回路的自感系数愈大,自感的作用也愈大,则改变该回路中的电流也愈不易。换句话说,回路的自感有使回路保持原有电流不变的性质,这一特性和力学中物体的惯性相仿。因而,自感系数可认为是描述回路“电磁惯性”的一个物理量。 关于自感现象,我们可以用下述两个实验的对比来观察。在左图所示的电路中,直流电路中只串接了一个白炽灯泡R。在右图所示的电路中,直流电路中还多串接了一个自感系数L较大的线圈,这一电路称为L-R电路。通过按下和打开电键,可以看到灯泡明、暗的变化,以及电流计G的指针所显示的回路电流的变化。在上述自感现象演示中看到,由于自感电动势的存在,当接通电源时,电流由零增到稳定值要有一个过程;同样,切断电源时,电流由稳定值衰减到零,亦需一个过程。这些过程都称为L-R电路的暂态过程。
将电键合向2,接通电源电动势为 的电源,电流从零开始增加,线圈中存在自感电动势 ,于是电路中同时存在着两个电动势 和 。按闭合电路的欧姆定律,在任一时刻有,即 将这个微分方程进行变量分离,并考虑到初始条件: 时, ,两边积分 即可得电流增长关系 由上式可知, 时, ; 时, ,电流达到稳定值 时, , 称为 R-L 电路的时间恒量。L-R 电路的电流变化规律为:1.按下电键,电路中电流i随时间t增长的规律为 2.打开电键,电路中电流i随时间t衰减的规律为 自感应用在许多电器设备中,常利用线圈的自感起稳定电流的作用。例如,日光灯的镇流器就是一个带有铁芯的自感线圈。众所周知,日光灯不能直接连接在电源上,必须配用镇流器和起动器。在图右所示的日光灯电路中,灯管两端的灯丝电极与起动器、镇流器串联后,接入交流电源。 起动器实际上是一个双金属片继电器,双金属片是由两种热膨胀性质不同的金属片铆在一起制成的。当温度升高时,其中一片比另一片膨胀较多,使双金属片向上弯曲,与静触片接触而使电路导通;尔后,温度下降,双金属片下弯,使触点分开。
当接通电源后,由于这两个触片是常开的,因而电源的电压全部加在起动器的两个触片上,引起辉光放电,例如,在充有稀薄气体的玻璃管中封入两个板状电极,当电极上的电压达到近千伏时,气体发生自激导电而在管内出现美丽的发光现象,这就是辉光放电。触片便被加热到800℃~1000℃而膨胀,使触点闭合,整个电路就导通。由于电流的热效应,灯丝就发射电子,且使管内充有的水银蒸气温度升高,导致水银蒸气电离。这时,起动器两触点已闭合,辉光放电停止,双金属片便冷却而恢复原状,又与静触片脱离,切断了电路;与此同时,镇流器因电流中断而在其两端产生一个很高的自感电动势,使管内的两个灯丝电极间的电压骤增,管内水银蒸气在强电场作用下全部电离,发生辉光放电,辐射出紫外线,被涂在管壁上的荧光粉吸收,发出颜色近似于日光的可见光。灯管点燃后,管内电阻甚小,只允许通过较小的电流,否则会烧毁灯管,这时要求灯管上的电压远低于电源电压。于是,又得借助于镇流器的自感作用,来限制流过灯管的电流。
此外,在电工设备中,常利用自感作用制成自耦变压器或扼流圈。在电子技术中,利用自感器和电容器可以组成谐振电路或滤波电路等。
另一方面,通常在具有相当大的自感和通有较大电流的电路中,当扳断开关的瞬时,在开关处将发生强大的火花,产生弧光放电现象,亦称电弧。电弧发生的高温,可用来冶炼、熔化、焊接和切割熔点高的金属,温度可达2000℃以上,有破坏开关、引起火灾的危险。因此通常都用油开关,即把开关放在绝缘性能良好的油里,以防止发生电弧。例题1:求长直载流螺线管的自感系数解:设长直螺线管的长度为l,横截面积为S,总匝数为N,假设通有电流i,则螺线管内的磁感强度为 式中, 为充满螺线管内磁介质的磁导率。则通过螺线管中每一匝的磁通量为 通过N匝螺线管的磁链为 根据自感的定义式(1),可得螺线管的自感系数为 设 为螺线管上单位长度的匝数, 为螺线管的体积,则上式还可写为 由此二式看来,某个导体回路的自感系数只由回路的线圈匝数、大小、形状和介质的磁导率所决定,与回路中有没有电流无关。因此,和电容C、电阻R等一样,自感L也是表征电路元件本身电磁特性的一个物理量。各种不同的线圈具有不同的自感。例题2如图所示,设有一电缆,由两个"无限长"同轴圆筒状的导体组成,其间充满磁导率为μ 的磁介质.某时刻在电缆中沿内圆筒和外圆筒流过的电流强度i相等,但方向相反.设内、外圆筒的半径 分别为 R1和R2 ,求单位长度电缆的自感系数。 解:
  应用有磁介质时磁场的安培环路定理可知,在内圆筒以内及在外圆筒以外的区域中,磁场强度均为零.在内、外两圆筒之间,离开轴线距离为 处的磁场强度为   
              
  今任取一段电缆,长为 ,穿过电缆纵剖面上的面积元 的磁通量为
         
  对某一时刻而言,i为一定值,则长度为l的两圆筒之间的总磁通量为
         
  按 ,可得长度为 l的这段电缆的自感系数为
  由此,便可求出单位长度电缆的自感系数为 互感现象设有两个邻近的导体回路1和2,分别通有电流 和 (如下图)。 激发一磁场,这磁场的一部分磁感线要穿过回路2所包围的面积,用磁通量 表示。当回路1中的电流 发生变化时, 也要变化,因而在回路2内激起感应电动势 ;同样,回路2中的电流 变化时,它也使穿过回路1所包围面积的磁通量 变化,因而在回路1中也激起感应电动势 。上述两个载流回路相互地激起感应电动势的现象,称为互感现象。假设上面两个回路的形状、大小、相对位置和周围磁介质的磁导率都不改变,则根据毕奥-萨伐尔定律,由 在空间任何一点激发的磁感强度都与 成正比,相应地,穿过回路2的磁通量 也必然与 成正比,即 同理,有 式中, 和 是两个比例系数,它们只和两个回路的形状、大小、相对位置及其周围磁介质的磁导率有关,可以证明, ,M称为两回路的互感系数,简称互感。 由上式可知,两个导体回路的互感在数值上等于其中一个回路中的电流强度为1单位时,穿过另一个回路所包围面积的磁通量。在国际单位制中,互感系数的单位与自感相同,都是H(亨利)。
互感系数的计算一般很复杂,常用实验方法来测定。
应用法拉第电磁感应定律,可以决定由互感产生的电动势。 如图所示,若已知两个回路的互感为M,则回路1中电流 在回路2中产生的磁通量 和回路2中电流 在回路1中产生的磁通量 可简化为 若上述回路1中电流强度 发生变化,在回路2中产生的感应电动势为 同理,若回路2中电流强度 发生变化,在回路1中产生的感应电动势为 根据上述(a)和(b)两式,可以规定互感系数的单位:如果在两个导体回路中,当一个回路的电流强度改变率为 时,在另一回路中激起的感应电动势为1V,则两个导体回路的互感系数规定为1H,这与自感系数的单位是相同的。互感应用互感在电工和电子技术中应用很广泛。通过互感线圈可以传递能量或信号;利用互感现象的原理可制成变压器、感应圈。但在有些情况中,互感也有害处。例如,有线电话往往由于两路电话线之间的互感而有可能造成串音;收录机、电视机及电子设备中也会由于导线或部件间的互感而妨害正常工作。这些互感的干扰都要设法尽量避免。 感应圈是工业生产和实验室中用直流电源获得高压的一种装置。它与互感器的唯一区别在于多了一个继断器。
感应圈的工作原理如图:闭合电键K,使电流通过初级线圈,铁心因被磁化而吸引小铁锤M,使M与螺钉D分离,电路重被切断。电路一旦被切断,铁心的磁性消失,M在弹簧片的弹力作用下又重新和螺钉D相接触,于是电路重新被接通。这样,由于断续器的作用,初级线圈电路的接通和断开,将自动地反复进行,将导致初级线圈中的电流不断地变化。这样,通过互感,在次级线圈中产生感应电动势。由于次级线圈的匝数远远多于初级线圈的匝数,所以在次线圈中能获得高达1万到几万伏的电压。这样高的电压,足以使ab间产生火花放电现象。涡电流如图所示,在圆柱形铁芯上绕有螺线管,通有交变电流 i,随着电流的变化,铁芯内磁通量也在不断改变。我们把铁芯看作由一层一层的圆筒状薄壳所组成,每层薄壳都相当于一个回路。由于穿过每层薄壳横截面的磁通量都在变化着,因此,在相应于每层薄壳的这些回路中都将激起感应电动势(这样产生的感应电动势属于感生电动势),并形成环形的感应电流,即涡电流,以 表示。在金属圆柱体上绕一线圈,当线圈中通入交变电流时,金属圆柱体便处在交变磁场中。由于金属导体的电阻很小,涡电流很大,所以热效应极为显著,可以用于金属材料的加热和冶炼。
在放有铁芯的螺线管内通入交变电流 ,按毕奥-萨伐尔定律,电流产生的磁感强度 ,则其变化率为 对给定的铁芯横截面积 S 来说,穿过的磁通量为 ,故感生电动势 与频率 成正比,即 又由闭合电路的欧姆定律, ,即 ,由上式可知,涡电流强度与交变电流的频率成正比,即 根据焦耳定律的热效应公式 ,故涡电流产生的热量与交变电流的频率有关,即 因此,采用高频交流电就可以在金属圆柱体内汇集成强大的涡流,释放出大量的焦耳热,最后使金属自身熔化。这就是高频感应炉的原理。 另一方面,导体中发生涡电流,也有有害的方面。在许多电磁设备中常有大块的金属部件,涡电流可使铁芯发热,浪费电能,这就是涡流耗损。1.电磁阻尼 涡电流还可以起到阻尼作用。利用磁场对金属板的这种阻尼作用,可制成各种电动阻尼器,例如磁电式电表中或电气机车的电磁制动器中的阻尼装置,就是应用涡电流实现其阻尼作用的。
2.电磁驱动 这是对"电磁阻尼作用起着阻碍相对运动"的另一种形式的应用。感应式异步电动机就利用了这一基本原理。
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