电磁感应之:自感现象(自感电动势及自感系数)讲解

线圈里磁通量发生变化的原因不同,就表现有不同形式的电磁感应现象。本文所讲的自感及后下节中的互感都是中药的电磁感应现象。

定义

通过前面两节课的学习我们已经知道,如果通过闭合回路所包围面积内的磁通量发生变化,回路中必然产生感应电动势。因此:

当通过线圈回路中的电流发生变化时,此电流在线圈回路内所产生的磁通也必然发生变化,那么,这一变化的磁通也将在线圈回路中产生感应电动势。这种由线圈回路自身电流变化引起的电磁感应现象称为自感现象,由自感现象所产生的感应电动势称为自感电动势

自感电动势

自感电动势跟其他感应电动势一样,是跟穿过线圈的磁通量的变化率磁通变化率公式(△代表变化量)成正比的。我们知道,在均匀磁场中,磁通量Φ跟电磁感应强度B成正比,B又跟产生这个磁场的电流成正比。Φ跟I成正比,△Φ跟△I也成正比。由此可知自感电动势跟成正比,即:

自感电动势公式

上述公式中各参数含义:

  • L:表示自感系数,单位:亨利(H);
  • △I:表示线圈中电流变化量(A);
  • △t:表示电流变化△I所经历时间(S);
  • eL:表示自感电动势(V)

上面的自感电动势中的负号表示自感电动势的方向总是与回路中电流方向相反。当线圈电流增大时,自感电动势所产生的自感电流要阻碍电流I增大。因此与I反方向,而当线圈电流减少时,自感电动势所产生的自感电流要阻碍线圈电流I减小,因此与I同向。

自感系数

上面的公式中的比例恒量L叫做线圈的自感系数,简称自感或电感。它是表示线圈所固有的一种物理属性。在电路图种常用符号“电路中自感系数符号”表示。自感L的大小是有线圈本身的特性决定的。线圈越长,单位长度上匝数越多,截面积越大,他的自感系数就越大。另外,有铁心的线圈的自感系数,比没有铁心时要大得多,对于一个现成的线圈来说,自感系数是一定的。

通常自感用符号L表示,其单位是亨利,简称亨,国际符号是H。如果通过线圈的电流强度在1秒钟内改变1安培时产生的自感电动势是1 伏,这个线圈的自感就是1亨。所以:

1亨=1伏·秒/安

常用的较小单位有毫亨(mH)和微亨(μH)他们之间的单位换算关系为:

  • 1毫亨(mH)=10-3亨(H)
  • 1微亨(μH)=10-6亨(H)

自感现象演示电路图

为了加深大家对自感现象的理解,我们可以从右图的实验来观察和分析:

自感现象右图的电路中,A、B两灯泡规格相同,A与电阻R串联,B与带铁心的线圈L串联,R与L的电阻值相等,当和尚开关K后,可以看到电阻R串联的灯泡A立即正常发光,而与有铁心的线圈L串联的灯泡B却是逐渐亮起来,这便是自感现象的表现结果。因为,在接通电路的瞬间,电路中的电流是从零开始增大,穿过线圈L的磁通量也随着增加。

根据电磁感应定律,线圈中必然会产生感应电动势,这个电影电动势阻碍线圈中电流的增大、灯泡B只能逐渐亮起来。

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