物理（普通類）教學(xué)課件 第六節(jié) 自感 互感 學(xué)習(xí)資料

第六節(jié)

自感

互感一、自感二、熒光燈的工作原理三、互感四、變壓器的工作原理

一、自感燈泡和帶鐵芯的線圈并聯(lián)在直流電路中，閉合開關(guān)，給燈泡供電，燈泡不亮；當(dāng)斷開開關(guān)時，燈泡卻在這一瞬間閃了一下，發(fā)出明亮的光。

演示實驗（點(diǎn)擊下圖即可播放）閉合開關(guān)時，燈泡和線圈中都有電流流過，但由于燈泡的額定電壓較高，一節(jié)電池提供的電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足它的要求，因此燈泡不明顯發(fā)光。當(dāng)電路斷開時，通過線圈的電流突然減弱，穿過線圈的磁通量也迅速減少，因而在線圈中產(chǎn)生了較大的感應(yīng)電動勢。雖然此時電源已經(jīng)斷開，但線圈和燈泡組成了閉合回路，在這個回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流通過燈泡，使其瞬間發(fā)光。這種由于導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，叫作自感現(xiàn)象。在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，叫作自感電動勢。線圈的自感系數(shù)跟線圈的形狀、長短、匝數(shù)等因素有關(guān)。線圈的橫截面積越大，線圈越長，匝數(shù)越多，它的自感系數(shù)就越大。另外，有鐵芯的線圈的自感系數(shù)比沒有鐵芯時大得多。自感電動勢的大小跟穿過線圈的磁通量變化的快慢有關(guān)，線圈的磁場是由電流產(chǎn)生的，因此穿過線圈的磁通量變化的快慢跟電流變化的快慢有關(guān)。對同一個線圈來說，電流變化得越快，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢就越大。對于不同的線圈，在電流變化快慢相同的情況下，產(chǎn)生的自感電動勢一般是不同的。電學(xué)中用自感系數(shù)來表示線圈的這種特性，簡稱自感或電感，用L表示。自感系數(shù)的SI單位是H（亨）。自感線圈是交流電路中的重要元件，在各種電器設(shè)備和無線電技術(shù)中有廣泛的應(yīng)用，如左圖所示。在自感系數(shù)很大而電流又很強(qiáng)的電路（如大型電動機(jī)的定子繞組，如右圖所示）中，在切斷電路的瞬間，由于電流在很短的時間內(nèi)發(fā)生很大的變化，會產(chǎn)生很高的自感電動勢，在斷開處形成電弧，這不僅會燒壞開關(guān)，甚至危及工作人員的安全。因此，這類電路必須采用特制的安全開關(guān)。熒光燈的電路如左圖所示，它主要由燈管、鎮(zhèn)流器和啟輝器組成。鎮(zhèn)流器是一個帶鐵芯的線圈。啟輝器的結(jié)構(gòu)如右圖所示，它是一個充有氖氣的小玻璃泡，里面裝有兩個電極，一個固定不動的靜觸片和一個用雙金屬片制成的U形動觸片。燈管內(nèi)充有稀薄的水銀蒸氣。當(dāng)水銀蒸氣導(dǎo)電時，就發(fā)生紫外線，使涂在管壁上的熒光粉發(fā)出柔和的光。

二、熒光燈的工作原理由于激發(fā)水銀蒸氣導(dǎo)電所需的電壓比220V的電源電壓高得多，因此，熒光燈在開始點(diǎn)燃時需要一個高出電源電壓很多的瞬時電壓。在熒光燈點(diǎn)燃后正常發(fā)光時，燈管的電阻變得很小，只允許通過不大的電流，電流過強(qiáng)就會燒壞燈管，這時又要使加在燈管上的電壓大大低于電源電壓。這兩方面的要求都是利用跟燈管串聯(lián)的鎮(zhèn)流器來達(dá)到的。當(dāng)開關(guān)閉合后，電源把電壓加在啟輝器的兩極之間，使氖氣放電而發(fā)出輝光，輝光產(chǎn)生的熱量使U形觸片膨脹伸長，跟靜片接觸而使電路接通，于是鎮(zhèn)流器的線圈和燈管的燈絲中就有電流通過。電路接通后，啟輝器中的氖氣停止放電，U形觸片冷卻收縮，兩個觸片分離，電路自動斷開。在電路突然斷開的瞬間，鎮(zhèn)流器的兩端由于自感現(xiàn)象產(chǎn)生一個瞬時高電壓，這個電壓和電源電壓都加在燈管的兩端，使燈管中的水銀蒸氣開始導(dǎo)電，于是熒光燈管成為電流的通路開始發(fā)光。在熒光燈正常發(fā)光時，與燈管串聯(lián)的鎮(zhèn)流器就起著降壓限流的作用，保證熒光燈的正常工作。

三、互感從上一節(jié)的演示實驗中可以看出，當(dāng)線圈A中的電流發(fā)生變化時，穿過線圈B的磁通量就發(fā)生變化，在線圈B中就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。這種由于一個電路中電流的變化，在另一個電路中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的電磁感應(yīng)現(xiàn)象稱為互感。在互感現(xiàn)象中，兩個電路間并沒有電的聯(lián)系，而是通過磁的聯(lián)系把電能從一個電路輸送到另一個電路。電工和無線電技術(shù)中使用的各種變壓器，都是根據(jù)互感的原理制造的。

四、變壓器的工作原理變壓器是利用互感原理工作的電磁裝置，主要由鐵芯和繞在鐵芯上的兩個線圈組成。常見的變壓器結(jié)構(gòu)如下圖所示，一個線圈跟電源連接，叫作原線圈（初級線圈）；另一個線圈跟負(fù)載連接，叫作副線圈（次級線圈）。兩個線圈都是用絕緣導(dǎo)線繞制成的，鐵芯由涂有絕緣漆的硅鋼片等磁性材料疊合而成。

n2＞n1時，U2＞U1，變壓器使電壓升高，這種變壓器叫作升壓變壓器；

n2＜n1時，U2＜U1，變壓器使電壓降低，這種變壓器叫作降壓變壓器。設(shè)理想變壓器原線圈兩端的電壓是U1，副線圈兩端的電壓是U2，原線圈的匝數(shù)是n1，副線圈的匝數(shù)是n2，則在理想情況下，可以認(rèn)為穿過這兩個線圈的交變磁通量相同，這兩個線圈的每匝產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相等。因此理想變壓器原、副線圈的端電壓之比等于這兩個線圈的匝數(shù)比。如果把變壓器的原線圈接在交流電源上，在原線圈中就有交變電流流過。交變電流在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通量，這個交變的磁通量經(jīng)過閉合磁路同時穿過原線圈和副線圈。在原、副線圈中都要產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。

常見的變壓器如下圖所示。一般大型發(fā)電機(jī)組輸出的電壓等級分別為10.5kV、13.8kV、15.75kV、18.0kV。這樣的電壓不符合遠(yuǎn)距離輸電的要求，所以要用變壓器升壓。發(fā)電廠發(fā)電機(jī)發(fā)出的電，經(jīng)過升壓站升高電壓，由高壓輸電線向外輸送，到達(dá)用戶一方時，先在一次高壓變電所降到110kV，再由二次高壓變電所降到10kV，其中一部分送到需要高電壓的工廠，另一部分送到低壓變電所降到220V或380V送給一般用戶。目前我國遠(yuǎn)距離輸電采用的電壓有110kV、220kV和330kV，有的線路已經(jīng)開始采用550kV的超高壓送電。練習(xí)5-6

1．在自感現(xiàn)象中，自感電動勢的大小跟哪些因素有關(guān)？答案：

跟電流變化的快慢和自感系數(shù)的大小有關(guān)。

2．簡述熒光燈的工作原理。答案：當(dāng)電路接通后，電壓加在啟輝器的兩極之間，使氖氣產(chǎn)生輝光放電，產(chǎn)生的熱量使電路接通，于是鎮(zhèn)流器的線圈中有電流通過。此時，啟輝器中的氖氣停止放電，冷卻收縮，電路斷開。在電路斷開的瞬間，鎮(zhèn)流器的兩端由于自感現(xiàn)象產(chǎn)生一個瞬時高電壓，這個電壓和電源電壓都加在燈管的兩端，使燈管中的水銀蒸氣開始導(dǎo)電發(fā)光。在熒光燈正常發(fā)光時，與燈管串聯(lián)的鎮(zhèn)流器就起著降壓限流的作用，保證熒光燈的正常工作。

3．簡述變壓器的工作原理。