单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章,电磁感应,第六节,互感和自感,法拉第和他的实验线圈,在法拉第的实验中两个线圈并没有用导线连接，当一个线圈中的电流变化时，在另一个线圈中为什么会产生感应电动势呢？,一、互感现象,1,、当一个线圈中电流变化，在另一个线圈中产生感应电动势的现象，称为,互感,。互感现象中产生的感应电动势，称为,互感电动势。,2,、利用互感现象可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈，因此在电工技术和电子技术中有广泛应用。变压器就是利用互感现象制成的。,3,、互感现象不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间,且可发生于任何两个相互靠近的电路之间。在电力工程和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作，这时要设法减小电路间的互感。,实验一,：,2,、,再调节变阻器,R,1,使两,个灯泡都正常发光。,3,、,然后断开开关,S,。,1,、,先合上开关,S,，,调节变阻器,R,的电阻，使同样规格的两个灯泡,A,1,和,A,2,的明亮程度相同。,L,A,1,R,A,2,S,R,1,观察：重新接通电路时，,两个灯泡亮度变化情况。,现象：,重新接通电路 时，,灯泡,A,2,立刻正常发 光,，跟线圈,L,串联的灯泡,A,1,逐渐亮起来,。,为什么灯 立即亮 灯 要过会儿亮呢,A,B,?,通电自感,再看一遍,现象分析,解释：在接通电路的瞬间，电路中的电流增大，穿过线圈,L,的磁通量也随着增大，因而线圈中必然会产生感应电动势，这个感应电动势阻碍线圈中电流的增大，所以通过,A,1,的电流只能逐渐增大，灯泡,A,1,只能逐渐亮起来。,问题：与线圈串联的灯泡为什么要过一会才亮？,反馈训练,1,、,实验一中，当电键闭合后，通过灯泡,A,1,的电流随时间变化的图像为 图；通过灯泡,A,2,的电流随时间变化的图像为 图。,I,t,I,t,I,t,I,t,A B C D,L,A,1,R,A,2,S,R,1,实验二：,1,、把灯泡,A,和线圈,L,并联在直流电路中。,2,、,接通电路，待灯泡正常发光，断开电路。,A,L,S,观察：当电路断开时，灯 泡,A,的亮度变化情况。,现象：,S,断开时，,跟线圈,L,并联的,A,灯慢慢熄灭。,解释：在电路断开的瞬间，通过线圈的电流突然减弱，穿过线圈的磁通量也就很快减少，因而在线圈中产生感应电动势。虽然这时电源已经断开，但线圈,L,和灯泡,A,组成了闭合电路，在这个电路中有感应电流通过，所以灯泡不会立即熄灭。,问题：与线圈并联的灯泡为什么,不会立即熄灭？,慢一些,沿已有的闭合回路流动,不一致,有可能，线圈插铁芯,A,L,S,实验二：,1,、把灯泡,A,和,带,铁芯,的线圈,L,并联在直流电路中。,2,、,接通电路，待灯泡正常发光，断开电路。,A,L,S,观察：当电路断开时，灯 泡,A,的亮度变化情况。,现象：,S,断开时，,跟线圈,L,并联的,A,灯突然闪亮一下才熄灭。,为什么灯不是立即熄灭，而要闪亮一下才熄灭,.,断电自感,再看一遍,现象分析,现象,:,S,断开时，,A,灯突然,闪亮一下,才熄灭。,现象分析,:,解释：在电路断开的瞬间，通过线圈的电流突然减弱，穿过线圈的磁通量也就很快减少，因而在,带,铁芯,的,线圈中产生,较大,感应电动势。虽然这时电源已经断开，但线圈,L,和灯泡,A,组成了闭合电路，在这个电路中有感应电流通过，所以灯泡不会立即熄灭。,问题：与线圈并联的灯泡为什么,突然闪亮一下才熄灭？,二、自感现象,1,、,由于导体,本身的电流,发生变化而产生的电磁感应现象，叫,自感现象,。,2,、自感现象中产生的电动势叫,自感电动势,。,自感电动势的作用：阻碍导体中原来的电流变化。,注意：,“,阻碍,”,不是,“,阻止,”,，电流原来怎么变化还是怎么变，只是变化变慢了，即对电流的变化起延迟作用。,三、自感系数,1,、自感电动势的大小：与电流的变化率成正比,2,、自感系数,L,简称自感或电感,（,1,）决定线圈自感系数的因素：,（,2,）自感系数的单位：,亨利,，简称亨，符号是,H,。,常用单位：毫亨（,m H,）,微亨（,H,）,实验表明，线圈越大，越粗，匝数越多，自感系数越大。另外，带有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时大得多。,3,、自感物理意义：描述线圈产生自感电动势的能力,插入铁芯线圈的自感系数变大,什么情况下灯泡会闪亮一下再熄灭？,原因：,在自感系数很大的情况下，灯泡会闪亮,一下，然后熄灭。,当,自感系数很大,时，在开关断开的瞬间，自,感线圈会产生瞬时的,很高的自感电动势,，该电动势,会补充,A,灯或,A,2,灯中的电流，从而使,A,灯或,A,2,灯中,电流突然变大，所以要闪亮一下。,自感系数很大有时会产生危害：,四、磁场的能量,问题：在断电自感的实验中，为什么开关断开后，灯泡的发光会持续一段时间？甚至会比原来更亮？试从能量的角度加以讨论。,开关闭合时线圈中有电流，电流产生磁场，能量储存在磁场中，开关断开时，线圈作用相当于电源，把磁场中的能量转化成电能。,五、自感现象应用,日光灯原理,日光灯结构：,1,、日光灯启动时需要一个瞬时高压，正常发光时又需要一个低于,220V,的工作电压。,2,、,自感系数较大的线圈（镇流器）在断开时能产生瞬时高压，可谁来充当自动开关？,启动器,E,自,E,E,自,+,E,L,A,日光灯的工作原理,镇流器的作用,1,、,点燃时产生瞬时高压,2,、工作时降压限流,1,、为什么输电线上有电能损失？,由于输电线长，电阻大，当电流通过输电线时，产生,热量,Q,，损失一部分电能，同时输电线上有,电压降,，故又损失一部分电压,.,（,1),减少导线电阻，由电阻定律知,六、输电线上的功率损失,2,、如何减少电能损失？,减小材料的电阻率,.,银的电阻率最小，但价格昂贵，目前选用电阻率较小的铜或铝作输电线,.,减小输电线的长度,L,不可行，因为要保证输电距离,.,增加导线的横截面积，可适当增大横截面积。太粗不可能，既不经济又架设困难,。,（,2,）减小输电线中的电流,思考与讨论,练习：,输送,10kw,的电功率，采用,400V,的电压输电，输电线的总电阻为,10,，求（,1,）输电线中的电流？输电线中损失的电压是多少？用户得到的电压是多少？（,2,）输电线损失的功率是多少？用户得到的功率是多少？（,3,）如果采用,4000V,电压输电，输电线损失的功率是多少？,（,1,）,25A 250V 150V,（,2,）,6250W 3750W,（,3,）,62.50W,提高输电电压,，是减少电能损失的行之有效的办法,二、远距离输电原理图,1,4,2,2,3,U,U,U,U,R,I,F,用,线,r,I,1,I,3,I,4,n,1,n,2,n,3,n,4,P,1,P,2,P,3,P,4,升压变压器,降压变压器,远距离输电示意图,我国常用的远距离输电采用的电压有,110 kV,、,220 kV,、,330 kV,，输电干线采用,500 kV,的超高压，西北电网正在建设,750kV,的线路。,是不是输电电压越高越好？,电压越高，对输电线路和变压器的要求越高，建设费用越高。实际输送电能时，要综合考虑，如输送功率的大小、距离的远近、技术和经济要求等，要依照不同情况选择合适的输电电压。,例,1,、一小型发电站通过升压，降压变压器把电能输给用户。已知发电机的输出功率是,500kW,，端电压为,500V,，升压变压器原、副线圈的匝数比为,1:5,，两变压器间输电线的总电阻为,1.5,，降压变压器的输出电压为,220V,，不计变压器的损耗。求：,（,1,）升压变压器的副线圈两端电压；,（,2,）输电导线上的功率损失；,（,3,）降压变压器原、副线圈的匝数比；,（,4,）用户得到的功率。,（,4,）,440kW,（,1,）,2500V,（,2,）,60kW,（,3,）,10:1,小结,1,、当一个线圈中电流变化，在另一个线圈中产生感应电动势的现象，称为,互感,。互感现象产生的感应电动势，称为,互感电动势。,2,、,由于导体,本身的电流,发生变化而产生的电磁感应现象，叫,自感现象,。,3,、自感现象中产生的电动势叫,自感电动势,。,（,1,）自感电动势的作用：阻碍导体中原来的电流变化。,（,2,）自感电动势大小：,4,、自感系数,L,：,与线圈的大小、形状、圈数及有无铁心有关,5,、磁场具有能量,课堂训练,1,、如图所示，,L,为自感系数较大的线圈，电路稳定后小灯泡正常发光，当断开电键的瞬间会有,A.,灯,A,立即熄灭,B.,灯,A,慢慢熄灭,C.,灯,A,突然闪亮一下再慢慢熄灭,D.,灯,A,突然闪亮一下再突然熄灭,L A,3,、上图中，电阻,R,的电阻值和电感,L,的自感系数都很大，但,L,的直流电阻值很小，,A,1,、,A,2,是两个规格相同的灯泡。则当电键,S,闭合瞬间，比 先亮，最后,比 亮。,课堂训练,2,、演示自感的实验电路图如右图所示，,L,是电感线圈，,A,1,、,A,2,是规格相同的灯泡，,R,的阻值与,L,的直流电阻值相同。当开关由断开到合上时，观察到的自感现象是 比 先亮，最后达到同样亮。,L,A,1,R,A,2,S,R,1,课堂训练,4,、如图所示的电路中，,D,1,和,D,2,是两个相同的小灯泡，,L,是一个自感系数相当大的线圈，其阻值与,R,相同。在电键接通和断开时，灯泡,D,1,和,D,2,亮暗的顺序是,A.,接通时,D,1,先达最亮，断开时,D,1,后灭,B.,接通时,D,2,先达最亮，断开时,D,2,后灭,C.,接通时,D,1,先达最亮，断开时,D,2,后灭,D.,接通时,D,2,先达最亮，断开时,D,1,后灭,D,1,D,2,L R,S,