電容和電感.ppt

1、第三章 電容和電感,知識目標 幾乎所有的電子電路中都含有電容、電感等儲能元件。它們常與電阻一起使用，構(gòu)成各種濾波電路、諧振電路等。本章主要介紹與電場、磁場相關(guān)的物理概念；介紹電路中經(jīng)常使用的兩類元器件，即電容器和電感器；闡述表征電場與磁場相互關(guān)系的電磁感應定律。 學習目標 1.了解電場、電場強度、電力線等概念。 2.理解電容元件的定義、電容元件電壓與電流的關(guān)系、電容器的充放電。 3.掌握平行板電容器電容的計算、電容器串聯(lián)電路的計算、電容器并聯(lián)電路的計算。 4.了解磁場、磁力線磁感應強度、磁場強度、磁導率、磁通、磁通密度等概念。 5.了解載流導體和通電線圈產(chǎn)生的磁場、磁場對電流的作用。 6.理解

2、電感元件的定義、電感元件電壓與電流的關(guān)系。 7.理解電磁感應定律。,第一節(jié) 電 場,電場是電荷或變化的磁場周圍空間里存在的一種特殊形態(tài)的物質(zhì)，其基本特性是靜止電荷在電場中將受到作用力。 描述電場強弱的物理量是電場強度，其定義為帶單位電量的電荷在電場中受到的電場力。假設(shè)放置于電場中某點的試驗電荷(體積和電荷量都非常小)的帶電量q，它受到的電場力為F，則該點的電場強度E的計算公式為： E=F/q （3-1),在國際單位制中，力的單位是牛頓（N）(簡稱牛)，電量的單位是庫侖（C）（簡稱庫），因而電場強度的單位是牛/庫（N/C）。 電場強度不僅有大小，還有方向。在電場中，正電荷的受力方向與電場強度的方

3、向相同，負電荷受力方向與電場強度的方向相反。電場分為兩種：一種是靜電場，另外一種是感應電場。靜電場是由靜止電荷激發(fā)的電場。感應電場是由變化的磁場激發(fā)的電場。,電場的分布可以用電力線來形象地描述。靜電場的電力線起源于正電荷，終止于負電荷，或從無窮遠處到無窮遠處。圖3-1中給出幾種常見的電力線分布。需要提醒大家的是： （1）電力線是人們用來形象的描述電場分布的一簇曲線，它是假想的； （2）電力線不是閉合的曲線； （3）電力線上每一點的切線方向跟該點的電場強度方向一致； （4）電力線越密的地方，電場越強，電力線越疏的地方，電場越弱； （5）電力線在空間是不相交的。,第二節(jié) 電 容,一、 電容器和電容

4、 兩個任意形狀、彼此絕緣而又互相靠近的導體，在周圍沒有其他導體或帶電體時，它們就組成了一個電容器，每一個導體就是該電容器的一個極板，兩個導體之間的絕緣物質(zhì)叫做電介質(zhì)。電容器的基本特征是儲存電荷，所以它具有儲存電場能量的功能。電容器在電力系統(tǒng)中是提高功率因數(shù)的重要器件；在電子電路中是獲得振蕩、濾波、相移、旁路、耦合等作用的主要元件。電容器在電路模型中的符號如圖3-2所示。 （a） 電容器 （b）可變電容器 圖3-2電容器的電路符號,電容器貯存電場能量的大小用電容容量表征，簡稱電容。對于圖3-3中的電路，當開關(guān)合上時，在電場力的作用下，直流電源負極上自由電子向電容器的負極板移動，使負極板帶上負電荷

5、。同樣，電容器的正極板上也將帶有等量的正電荷。電源電壓越高，電容器極板上的電荷越多。當電容器兩極板間的電壓與電源電壓相等時，電荷不再移動，此時電容器兩極板上存儲的電荷將形成一個電場。假設(shè)電容器極板上存儲的電荷為q，電源電壓為U，則電容器電容C的計算公式為： C=q/U （3-2）,實際上，一般電容器的電容是由本身的性質(zhì)決定的，因而電容器極板上的電荷與外加電壓之比是常數(shù)C，也就是說電容器上的電荷與外加電壓成正比，這樣的電容叫做線性電容。 在國際單位制中，電量的單位是庫侖（C），電壓的單位是伏特（V），電容的單位是法拉（F）（簡稱法），那么： 1法拉（F）=1庫侖（C）/1伏特（V）,這意味著當電

6、容器兩極板間加1V的電壓時，如果極板上存儲的電荷為1C，則電容器的電容為1F。在實際使用中，電容通常較小，常用微法（F）、皮法（pF）、納法（nF）作單位，它們與法拉的換算關(guān)系是： 1F=106F=109nF=1012pF 在真空中，大地具有較大的電荷存儲能力，其可以作為電容器的一個極板，而任何一個孤立的導體，其本身也可以看作是一個極板，這樣便構(gòu)成了一個電容器。如果以大地為零電位參考點，導體的電位為U，那么這類極板的電容的計算公式為： C=q/U 另外，如果電容器兩極板上分別帶有等量異種電荷q和q，它們的電位分別為U1和U2，則電容器的電容的計算公式為： C=q/U1-U2,二、 電容器的充放

7、電 使電容器帶電的過程被稱為電容器的充電。充電使電容器極板帶等量異種電荷。在圖3-3中，開關(guān)合上，電容器與電源相連，可以使電容器兩個極板上帶有異種電荷。因此，電容器實際上是用來存儲電荷的儀器，通過給電容器充電，可以讓電容器存儲一定的電荷。 電容器帶電后，兩極板間便存在電場。電場所具有的能量的計算公式為： W=1/2qU=1/2CU2（3-3）,使電容器失去電量的過程被稱為電容器的放電。在某些情況下，使用電容器之前應先為電容器放電。簡單的放電方法是用一根導線直接連在電容器的兩端。 電容器和電阻器都是電路中的基本元器件，但它們在電路中所起的作用不同。電阻器消耗電能，把電能轉(zhuǎn)化成熱能；理想的電容器則

8、把電能存儲起來，不消耗電能。當然，實際的電容器由于介質(zhì)漏電及其他原因，也消耗一些電能。,三、 平行板電容器 平行板電容器是電容器中具有代表性的一種，它主要是由相互平行的相隔很近的金屬板構(gòu)成。這兩塊金屬板就是電容器的兩個極板。如果不考慮極板邊緣上的電場畸變，那么極板間的電場可以認為是均勻的，這樣就為我們解決問題提供了方便。 利用電源使平行板帶有一定量的電荷，用靜電計來測量兩極板的電壓，對下列3種情況做實驗： （1）只改變極板間的距離； （2）只改變極板間的正對面積； （3）在極板間插入不同的電介質(zhì)，其他條件不變。,實驗結(jié)果表明： （1）極板間距離越大時，靜電計指出的電壓越小，由于電容器的電容與電

9、壓成反比，因而此時電容減??； （2）極板間的正對面積越大時，靜電計指出的電壓越大，此時的電容也減小； （3）當插入極板間的電介質(zhì)的性質(zhì)不同時，靜電計指出的電壓也不同，說明電容也不同，介質(zhì)的越大，電壓越小，電容越大。 根據(jù)實驗結(jié)果和理論推導可知，平行板電容器的電容與極板間的距離成反比，與極板間的正對面積成正比，與電介質(zhì)的介電常數(shù)成正比，即： C=S/d （3-4） 式中，S表示兩極板間的正對面積，單位是m2；d表示兩極板間的距離，單位是m；表示電介質(zhì)的介電常數(shù)，單位是F/m。,第三節(jié) 電容器的連接,在實際應用中，常會遇到手頭現(xiàn)有的電容器不適合我們的需要，例如，電容的大小不適用，或者是打算加在電容

10、器上的電壓超過了電容器的耐壓程度等，這時可以把現(xiàn)有的電容器適當?shù)剡B接起來使用。當幾只電容器互相連接后，它們所容納的電荷與兩端的電壓之比，稱為電容器組的等值電容，或稱為總電容。 本節(jié)主要介紹電容器的兩種基本的連接方式：串聯(lián)和并聯(lián)。,假設(shè)有n只電容器，電容分別為C1,C2,Cn，串聯(lián)的方法如圖3-4所示。每一只電容器的每一極板都只和另一只電容器的一個極板相連接。把電源接到這個組合體兩端的兩個極板上進行充電，使兩端的極板上分別帶異種電荷+q和-q。由于靜電感應，每個電容器的兩極板上亦分別感應出等量異種電荷+q和-q，如圖3-4所示。 圖3-4 電容器的串聯(lián),假設(shè)電路上A,B,，E各點的電位分別為UA

11、,UB,UE（假定無窮遠處為零電 位參考點），由于電容器的電容不受外界影響，串聯(lián)后每一只電容器的電容都和其單獨存在時一樣，所以單獨考慮圖3-4中的各只電容器時，有如下的關(guān)系： UA-UB=q/C1 UB-UC=q/C2 UD-UE=q/Cn 上面各式相加，可得： UA-UE=q(1/C1+1/C2+1/Cn,如果把這一個電容器組當作為一個整體來看，它所存儲的電荷只是兩端極板上的電荷q，這兩端極板的電位差是UA-UE，所以這一組合的等值電容C為： C=q/UA-UE=1/(1/C1+1/C2+1/Cn) 即： 1/C=1/C1+1/C2+1/Cn （3-5） 串聯(lián)電容器組的等值電容的倒數(shù)，等于各

12、個電容器電容的倒數(shù)之和。電容器串聯(lián)后，使總電容變小，但每個電容器兩極板間的電位差比所加的總電壓小，因此電容器的耐壓程度增加。這是電容器串聯(lián)的優(yōu)點。,二、電容器的并聯(lián) 電容器的并聯(lián)方法如圖3-5所示。 圖3-5 電容器的并聯(lián) 各個電容器的一塊極板都連接在同一點A上，另一塊極板都連接在另一點B上。接上電源后，每一只電容器兩極板的電壓都等于A、B兩點間的電勢差UA-UB，各個電容器極板上的電荷分別為q1,q2,qn。對各個電容器來說，有： C1=q1/UA-UB C2=q2/UA-UB Cn=qn/UA-UB,把所有電容器的組合看成一個整體，其存儲的總電荷為： q=q1+q2+qn 其兩端的電壓為U

13、A-UB，因此這一組合的等值電容C為： C=q/U=q1+q2+qn/UA-UB 即： C=C1+C2+Cn （3-6） 并聯(lián)電容器組的等值電容是各個電容器電容的總和。這樣，總的電容量增加了，但是每只電容器兩極板間的電壓和單獨使用時一樣，因而耐壓程度并沒有因并聯(lián)而改變。,第四節(jié) 磁 場,一、磁現(xiàn)象和磁場的主要物理量 1. 磁現(xiàn)象 磁鐵不與鐵釘接觸，就能把鐵釘吸起來；通有電流的導線可使其周圍的磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這表明磁鐵或通電導線周圍存在一種物質(zhì)，它是傳遞磁力的媒介，這種物質(zhì)就是磁場。磁場雖然不能直接感受到，但各種物理現(xiàn)象和實驗證明，磁場是客觀存在的。 把磁鐵水平懸掛讓其自由轉(zhuǎn)動，靜止時磁鐵的兩極會

14、分別指向地球的南極和北極方向，于是，我們把磁鐵的兩極稱為南極（指向地球南極方向的磁極）和北極（指向地球北極方向的磁極）。南極常用S表示，北極常用N表示。極性相同的磁極相互排斥，極性相反的磁極相互吸引。 磁場的基本性質(zhì)是對處在其里面的磁極或電流有磁場力的作用，這和電場有相似的地方。無論是電場力，還是磁場力，它們都不是物體之間直接接觸產(chǎn)生的，而是通過“場”這種特殊的物質(zhì)而產(chǎn)生的。,2.磁力線 對于磁力線，其有如下的特點： （1）磁力線不是真實存在的曲線，是為了形象地描述磁場所假想的； （2）磁力線是閉合的，在磁鐵外部從N極出發(fā)再回到S極，在磁鐵內(nèi)部又由S極指向N極； （3）磁力線上每一點的切線方向

15、跟該點的磁場強度方向一致； （4）磁力線越密的地方，磁場越強，磁力線越疏的地方，磁場越弱； （5）磁力線在空間是不相交的。,3.磁感應強度 在生活中我們發(fā)現(xiàn)，大的磁鐵往往可以吸引很重的鐵磁性物體，而小的磁鐵則不能；通電導線中的電流越大時，它產(chǎn)生的磁場作用力也越大。這些表明磁場不僅有方向，還有大小（也說成強弱）。磁場的大小和方向通常利用磁感應強度來描述。 讓通電導線與所在處磁場垂直，改變通電導線的電流強度和導線長度，測量導線的受力情況。實驗結(jié)果表明，導線所受磁場力大小與導線長度、電流強度等有關(guān)。磁感應強度B定義為，在磁場中垂直于磁場方向的通電導線所受的磁場力F跟電流強度I和導線長度l的乘積Il的

16、比值，即： B=F/Il （3-7） 磁感應強度的方向即為該處磁場的方向。,在國際單位制中，磁感應強度的單位是特斯拉（T）。在磁場中，如果長為1m、通電電流強度為1A的直導線所受的磁場力為1N，則此處的磁感應強度為1T，即： 1特斯拉=1牛頓1安培1米 對于磁場內(nèi)的某一區(qū)域里，如果磁感應強度的大小和方向都相同，這個區(qū)域就叫勻強磁場。 靜止的電荷只產(chǎn)生電場不產(chǎn)生磁場。磁場是由運動的電荷產(chǎn)生的，磁場又會對運動的電荷產(chǎn)生磁力作用。磁場也是物質(zhì)存在的一種形式。,4.磁通 磁感應強度只是描述磁場中各點性質(zhì)的物理量，要想描述磁場中某一個面上的磁場強弱，還需要引入一個新的物理量，即磁通量。在磁場中，磁感應強

17、度和與它垂直方向的某一橫截面的乘積被稱為是磁通量，簡稱磁通。在圖3-7所示的勻強磁場中，如果磁感應強度為B，通過垂直于B的方向的橫截面S的磁通量的計算公式為： =BS（3-8） 圖3-7通過某一截面的勻強磁場,在國際單位制中，磁通量的單位是韋伯（Wb）（簡稱韋）。在磁感應強度為1T的勻強磁場中，通過跟磁場方向垂直的面積為1m2的截面的磁通量為1Wb，即： 1韋伯=1特斯拉1平方米 由此我們可以看出，磁感應強度還可以看成是通過單位面積的磁通。與密度的概念相類比，磁感應強度也可稱為是磁通密度，有： 1特斯拉=1韋伯/1平方米 式（3-8）只適用于勻強磁場。圖3-7中，當B的方向變?yōu)锽1時，即B1的

18、方向與S的法線方向存在一定的夾角，則通過S的磁通量為： =BScos （3-9）,5.磁導率 前面介紹了導電體的電阻率，它是表示物質(zhì)電阻特性，也就是阻礙電流特性的物理量，那么，導磁體或?qū)Т诺奈镔|(zhì)是否也對磁場的產(chǎn)生具有一定的影響呢？答案是肯定的。不同的媒介質(zhì)的導磁性能也不相同。為了衡量各種媒介質(zhì)導磁性能的好壞，常使用磁導率和相對磁導率這些物理量。 在國際單位制中，磁導率的單位是亨利/米（H/m）（簡稱亨/米）。由實驗可測定，真空中的磁導率是一個常數(shù)，常用0表示。 0=410-7H/m 其他媒介質(zhì)的導磁特性常用相對磁導率表征，即該媒介質(zhì)的磁導率與真空中的磁導率的比值，常用r表示。 r=/0,6.磁

19、場強度 在任何磁介質(zhì)中，磁場中某點的磁感應強度B與同一點的磁導率的比值稱為該點的磁場強度H，即： H=B/ （3-10） 在國際單位制中，磁場強度的單位是安培/米（A/m）（簡稱安/米）。 盡管磁場強度和磁感應強度的名稱比較相似，但物理意義卻相差很大。磁場強度是為了不考慮磁路（磁通通過的路徑）中媒介質(zhì)的影響，專門討論外加磁場對磁路中磁場強弱的影響而引入的物理量。反映磁場強弱的基本物理量仍然是磁感應強度。,二、電流的磁場 通電導線周圍的磁場分布可以利用安培定則判斷。下面結(jié)合幾種常見的通電導線來介紹安培定則。 （1）通電直導線周圍的磁場如果利用磁力線描述，則它是一組以導線上各點為圓心的同心圓，這些

20、同心圓都在與導線垂直的平面上，如圖3-8所示。如果用右手握住導線，讓伸直的大拇指所指的方向跟電流的方向一致，那么彎曲的四指所指的方向就是磁力線的環(huán)繞方向。這便是判斷通電直導線與其磁力線方向之間關(guān)系的安培定則，也稱右手螺旋法則。安培定則是用來判斷磁場方向的法則。 圖3-8通電直導線周圍的磁場分布 表示電流的方向垂直紙面向里，表示電流的方向垂直紙面向外,（2）通電環(huán)形導線的磁力線是一組圍繞環(huán)形導線的閉合曲線，如圖3-9所示。在環(huán)形導線的中心軸線上，磁力線和環(huán)形導線的平面垂直。環(huán)形電流的方向跟它的磁力線方向之間的關(guān)系，也可以用安培定則來判斷：用右手握住導線，讓伸直的大拇指所指的方向跟電流的方向一致，

21、那么彎曲的四指所指的方向就是磁力線的環(huán)繞方向。 圖3-9通電環(huán)形導線周圍的磁場分布,（3）螺線管通電以后表現(xiàn)出來的磁性，很像一根條形磁鐵，一端相當于N極，另一端相當于S極，改變電流方向，它的兩極則互換。通電螺線管外部的磁力線和條形磁鐵外部的磁力線相似，也是從N極出來，進入S極的。通電螺線管內(nèi)部具有磁場，內(nèi)部的磁力線跟螺線管的軸線平行，方向由S極指向N極，并和外部的磁力線連接，形成一些閉合曲線，如圖3-10所示。通電螺線管的電流方向跟它的磁力線方向之間的關(guān)系，也可以用安培定則來判斷：用右手握住螺線管，讓彎曲的四指所指的方向跟電流的方向一致，那么大拇指所指的方向就是螺線管內(nèi)部磁力線的方向，也就是說

22、，大拇指指向通向螺線管的N極。 圖3-10通電螺線管周圍的磁場分布,三、磁場對電流的作用 1. 磁場對通電直導線的作用 如圖3-11所示，通有電流的直導線MN位于均勻磁場中，并與磁場的方向垂直。這里磁場的方向利用“”表示，即與紙面垂直，并朝向紙里面。實驗表明，MN將受到安培力的作用，從而向上運動。該力F的大小與直導線的長度l、電流強度I以及該處的磁感應強度有關(guān)，即： F=BIl （3-11） 圖3-11通電直導線在磁場中的受力,事實上，磁感應強度的定義式便來自于此。這里需要注意，只有位于磁場中的導線部分才受到磁場的作用力，位于磁場外面的導線部分不受磁場的作用力。 如果將通電直導線與磁場的方向平

23、行放置，那么導線將不受力，如圖3-12所示。如果通電直導線的位置與磁場的方向有一定的夾角，如圖3-13所示，那么它所受到的作用力將變?yōu)椋?F=BIlsin（3-12） 圖3-12通電直導線與磁場的方向平行 圖3-13通電直導線與磁場有一定的夾角,這說明只有與導線垂直的磁場部分，即Bsin對導線有力的作用，而與導線平行的磁場部分，即Bcos對導線不產(chǎn)生力的作用。 通電導線在磁場中受力的方向可以利用左手定則判斷。左手定則的內(nèi)容是：伸平左手，大拇指和四指垂直，讓磁力線垂直穿過掌心，四指指向?qū)Ь€中電流的方向，大拇指的指向便是導線的受力方向。根據(jù)左手定則可知，通電導線的電流方向、磁力線的方向、導線的受力

24、方向三者是相互垂直的。 磁場對通電的矩形線圈同樣有作用力，直流電壓表、電流表和直流電動機等都是應用這種原理制成的，具體的分析方法與通電直導線的類似。,2.磁場對運動電荷的作用 帶電粒子在磁場中也要受到力的作用，這種力叫做洛侖茲力。我們知道，電流是通過導體橫截面的電荷量與通過這些電荷量所用時間的比值，即: I=q/t 式中，I是電流強度，q是電荷量，t是時間。因而: F=Blq/t 這里l/t是帶電粒子的運動速度，令l/t=v，從而： F=Bqv （3-13） 帶電粒子所受到的洛侖茲力同樣可以利用左手定則來判斷：大拇指和四指垂直，讓磁力線垂直穿過掌心，四指指向帶正電粒子的運動方向，大拇指的指向便

25、是粒子的受力方向。注意，對于帶負電荷的粒子，四指指向粒子運動的反方向。顯然，洛侖茲力與帶電粒子的運動方向垂直，它不會改變粒子的運動速度，但是會改變粒子的運動方向。 由于電流是由運動的電荷產(chǎn)生的，因而通電導線在磁場中受到的作用力與洛侖茲力有一定的關(guān)系，它是洛侖茲力的一種宏觀表現(xiàn)。,第五節(jié) 電 磁 感 應,一、電磁感應現(xiàn)象 如圖3-14所示，在磁鐵插入或拔出線圈的過程中（穿過線圈的磁通發(fā)生變化），在導體切割磁力線時，檢流計的指針都發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。這說明有電動勢和電流產(chǎn)生。我們把利用磁場產(chǎn)生電流的現(xiàn)象叫做電磁感應，產(chǎn)生的電流叫做感應電流，產(chǎn)生的電動勢叫做感應電動勢。 穿過線圈的磁通發(fā)生變化或?qū)Ь€切割磁力

26、線，這些是產(chǎn)生感應電動勢的條件。電路中有感應電動勢，不一定會有感應電流。產(chǎn)生感應電流的情況有： （1）當閉合電路的一部分導體在磁場里做切割磁力線的運動時，電路中產(chǎn)生感應電流； （2）當磁體相對靜止的閉合電路運動時，電路中產(chǎn)生感應電流； （3）當磁體和閉合電路都保持靜止，而使穿過閉合電路的磁通量發(fā)生改變時，電路中產(chǎn)生感應電流。,圖3-14 電磁感應 實際上，上述（1）、（2）兩種情況也可歸結(jié)為穿過閉合電路的磁通量發(fā)生改變時電路中產(chǎn)生感應電流。所以，不論采用什么方法，只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就有電流產(chǎn)生。 電磁感應現(xiàn)象中產(chǎn)生的電能不是憑空產(chǎn)生的，它們或者是其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能

27、，或者是電能在不同電路中的轉(zhuǎn)移，電磁感應現(xiàn)象仍遵循能量守恒定律。,二、電磁感應定律 電磁感應現(xiàn)象中的感應電動勢的大小與穿過某一回路的磁通的變化率成正比，這個規(guī)律就是法拉第電磁感應定律。 假設(shè)穿過N匝線圈（多個線圈）的磁通量發(fā)生變化，其感應電動勢的大小e為單位時間內(nèi)磁通的變化量： e=N/t=N2-1/t 式中，為磁通的變化量，若穿過線圈的原來的磁通為1，變化后的磁通為2，則磁通的變化量為=2-1；t為磁通由1變化到2所需要的時間。感應電動勢的單位仍為伏特（V）。,下面分析通電直導線在勻強磁場中切割磁力線時產(chǎn)生的電動勢。如圖3-15所示，導線cd與磁力線垂直，令其沿著垂直于磁力線的方向做勻速直線

28、運動。導線由cd的位置運動到cd時，其感應電動勢e=/t=2-1/t。由于1=Blx1，2=Blx2，所以： e=Blx2-Blx1/t=Blx2-x1/t 圖3-15導線切割磁力線,由于導線做勻速直線運動，x2-x1/t便是其運動的速度v。因此，在磁場的方向與導線及其運動的方向相互垂直時，導線中產(chǎn)生的感應電動勢為： e=Blv （3-14） 如果導線的運動方向與磁場的方向并不垂直，而是有一定的夾角 ，此時導線中的感應電動勢的大小為： e=Blvsin （3-15） 這時可以通過將導線運動的速度分成兩個分量，即與磁場方向垂直的分量以及與磁場方向平行的分量來進行分析。注意，與磁場方向垂直的分量產(chǎn)

29、生感應電動勢，而與磁場方向平行的分量并不產(chǎn)生感應電動勢。 應用法拉第電磁感應定律只能確定感應電動勢的大小，而感應電動勢的方向要用楞次定律來確定。,三、感應電流的方向及楞次定律 感應電動勢在電路中的作用與電源相同，其方向與電源電動勢的方向相同，即由負極指向正極。 1.右手定則 右手定則常用來確定導體切割磁力線運動時產(chǎn)生的感應電動勢的方向。如圖 3-16 所示，伸平右手，讓四指與大拇指垂直，磁力線從手心穿過，大拇指指向?qū)w切割磁力線運動的方向，四指所指的方向即為導體中感應電流的方向。 圖3-16右手定則,需要注意的是，電動勢的方向是由負極指向正極的，如果導體通過導線與電路連接，導體中的感應電流的方

30、向是由負極流向正極。這時的導體相當于一個電源，因此，可先假定電路是閉合的，利用右手判斷電路中感應電流的方向，再根據(jù)電源內(nèi)部電流的方向由負極流向正極的方法來確定感應電動勢的方向。,2.用楞次定律判斷感應電動勢的方向 感應電流產(chǎn)生的磁場總是阻礙引起感應電流的磁場的變化，這就是楞次定律。 電流周圍存在磁場，感應電流周圍同樣存在磁場。感應電流產(chǎn)生的磁場總是阻礙引起感應電流的磁場的變化。也就是說，當引起感應電流的磁場減弱時，感應電流產(chǎn)生的磁場方向與引起感應電流的磁場方向相同；當引起感應電流的磁場增強時，感應電流產(chǎn)生的磁場方向與引起感應電流的磁場方向相反。 用楞次定律判斷感應電動勢的方法和步驟是： （1）

31、先確定引起感應電流的磁場方向和強弱怎樣變化； （2）根據(jù)楞次定律,確定感應電流產(chǎn)生的磁場方向； （3）用右手定則判斷感應電流的方向； （4）根據(jù)在導體或線圈中,感應電流是由負極流向正極的原則確定感應電動勢的方向。,第六節(jié) 電 感,一、電感器 電感器是一種儲能元件，它能把電能轉(zhuǎn)換為磁場能。電感器是無線電設(shè)備中的重要元件之一，它與電阻、電容、晶體二極管、晶體三極管等電子器件進行適當?shù)呐浜希蓸?gòu)成各種功能的電子線路。 由于電感器一般由線圈構(gòu)成，所以又稱為電感線圈。電感線圈是把導線（漆包線、紗包或裸導線）一圈靠一圈（導線間彼此互相絕緣）地繞在絕緣管（絕緣體、鐵芯或磁芯）上制成的。電感器的種類很多，按電

32、感形式可分為固定電感和可變電感；按導磁體性質(zhì)可分為空芯線圈、鐵氧體線圈、鐵芯線圈、銅芯線圈；按工作性質(zhì)可分為天線線圈、振蕩線圈、扼流線圈、陷波線圈、偏轉(zhuǎn)線圈；按繞線結(jié)構(gòu)可分單層線圈、多層線圈、蜂房式線圈；按工作頻率可分為高頻線圈、低頻線圈；按結(jié)構(gòu)特點分為磁芯線圈、可變電感線圈、色碼電感線圈、無磁芯線圈等。,幾種常見的電感線圈如圖3-18所示。 (a)單層空心線圈 (b)多層空心線圈 (c)扼流線圈 (d)鐵氧體電感線圈 (e)日光燈鎮(zhèn)流器 圖3-18幾種常見的電感線圈 電感器在電路模型中的符號如圖3-19所示。 (a)空心電感線圈(b)鐵芯電感線圈(c)實際電感線圈 圖3-19電感器的電路符號

33、,二、電感 當一個線圈通有電流時，這個電流產(chǎn)生的磁場使每匝線圈具有的磁通稱為自感磁通，N匝線圈具有的磁通稱為自感磁鏈。我們把線圈中通過單位電流所產(chǎn)生的自感磁鏈稱為自感系數(shù)，簡稱電感，即： L=/I=N/I （3-16） 式中，L為線圈的電感量，I為通過線圈的電流，為由I產(chǎn)生的自感磁通，為自感磁鏈，=N。 在國際單位制中，電感的單位是亨利（H）（簡稱為亨）。在電子技術(shù)中，電感的單位還常使用毫亨（mH）和微亨（H），它們之間的換算關(guān)系是： 1H=103mH=106H 電感反映了不同線圈產(chǎn)生自感磁鏈的能力。同一電流通過結(jié)構(gòu)不同的線圈時，線圈內(nèi)產(chǎn)生的自感磁鏈也不相同。,1.空心線圈的電感 繞在非鐵磁性

34、材料做成的骨架上的線圈叫做空心電感線圈。空心線圈附近只要不存在鐵磁性材料，其電感便是一個常數(shù)。該常數(shù)與電流的大小無關(guān)，只由線圈本身的性質(zhì)決定，即只決定于線圈截面積的大小、幾何形狀與匝數(shù)多少。我們稱這種電感為線性電感，其特性如圖 3-20 所示。 圖3-20 空心線圈的-I曲線,2.鐵芯線圈的電感 在空心電感線圈內(nèi)放置鐵磁性材料制成的鐵芯，這種線圈叫做鐵芯電感線圈。通過鐵芯電感線圈的電流和磁鏈不呈正比例關(guān)系，即/I不是常數(shù)。由于對于一個確定的電感線圈，磁場強度H與通過的電流I成正比，磁感應強度B與線圈的磁通鏈成正比，因而與I的曲線和B與H的曲線形狀相同，如圖3-21所示。 圖3-21鐵芯線圈的-

35、I曲線,從圖3-21中可以看出，電感的大小隨電流的變化而變化，這種電感叫做非線性電感。有時為了增大電感，常常在線圈中放置鐵芯或磁芯，使單位電流產(chǎn)生的磁鏈增大，從而達到增加電感的目的。例如收音機中的中周（即中頻變壓器），就是通過在線圈中放置磁芯來獲得較大電感的。,3.環(huán)形螺旋線圈的電感 假定環(huán)形螺旋線圈均勻地繞在磁導率為的某種材料做成的圓環(huán)上，線圈的匝數(shù)為N，圓環(huán)的平均周長為l。這種線圈的磁通可近似認為集中在線圈內(nèi)部，而且磁通在圓環(huán)截面S上均勻分布。當線圈內(nèi)通過電流I時，線圈內(nèi)的磁感應強度的計算公式為： B=NI/l 磁通為： =BS=NIS/l,根據(jù)電感與磁鏈的關(guān)系N=LI，可知： L=N2S

36、/l （3-17） 由此可見，螺旋線圈的電感與線圈的尺寸（線圈的平均周長和線圈的截面積）、線圈的匝數(shù)和線圈環(huán)繞的材料的磁特性等有關(guān)，與線圈中通過的電流的大小無關(guān)。這與電容器比較相似，電容器的電容也是由本身的特性決定的，與外加的電壓和它所存儲的電荷等無關(guān)。,三、磁場的能量 我們知道，電容器上存儲的電荷越多，電容器的電容越大，電容器中的電場能量也越大。電感線圈作為另一類儲能元件，其中存儲的磁場能量與電容器中存儲的電場能量有相似的特點，即當線圈中的電流越強，線圈的電感越大時，線圈中的磁場能量也越大。磁場能量可以利用下面的公式計算： WL=1/2LI2 （3-18） 式中，WL為磁場的能量，L為線圈的電感，I為線圈中的電流強度。,第七節(jié) 自感現(xiàn)象和自感電動勢,一、自感現(xiàn)象 在電磁感應現(xiàn)象中，由于導體本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應現(xiàn)象叫做自感現(xiàn)象，簡稱自感。在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應電動勢叫做自感電動勢。 在圖3-22所示電路中，把小燈泡A和帶鐵芯的線圈L并聯(lián)在直流電路里。當開關(guān)合上使小燈泡發(fā)光后，再斷開開關(guān)，這時可以發(fā)現(xiàn)，在斷開開關(guān)的一瞬間，小燈泡突然發(fā)出很強的光，然后再熄滅。為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？ 圖3-22 自感現(xiàn)象,這是由于線圈的自感造成的。在開關(guān)斷開的瞬間，通過線圈的電流突然