高中物理 | 4.6互感和自感详解

互感

当一个线圈中电流变化，它所产生的变化的磁场会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。

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应用

利用互感现象可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈（即互感现象可以把能量由一个电路传递到另一个电路），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。

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危害

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。

自感

由于导体本身电流发生变化而产生的电磁感应现象。

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自感电动势

自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势。

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自感电动势的方向

自感电动势的方向遵从楞次定律，由于在自感现象里，引起穿过线圈磁通量变化的原因是线圈自身的电流发生变化，因此，根据楞次定律可以得到自感电动势的方向总是“阻碍”引起自感电动势的电流的变化。

对“阻碍”含义的正确理解是：当自感电动势是由于电流增大而引起时，自感电动势阻碍电流增加，自感电动势方向与原电流方向 相反；当自感电动势是由于电流减小而引起时，自感电动势阻碍电流减小，自感电动势方向与原电流方向相同。

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自感电动势的大小

；L为自感系数；

L跟线圈的大小，形状，圈数，以及是否有铁芯等因素有关。

线圈越粗，越长、单位长度上的匝数越密,横截面积越大,它的自感系数越大,另外有铁芯的线圈自感系数大大增加 。

单位是亨利，符号是H，1H=10³mH=10⁶μH

根据已知条件不同，自感电动势的大小可以有以下两种算法：

由计算，其中n为线圈的匝数，为线圈中磁通量的变化率；

由计算，其中L为线圈的自感系数，为线圈中电流的变化率。

自感现象的说明

如图所示，当合上开关后又断开开关瞬间，电灯L为什么会更亮？

①当合上开关后，由于线圈的电阻比灯泡的电阻小，因而过线圈的电流I₂较过灯泡的电流I₁大，当开关断开后，过线圈的电流将由I₂变小，从而线圈会产生一个自感电动势，于是电流由c→b→a→d流动，此电流虽然比I₂小但比I₁还要大．因而灯泡会更亮。假若线圈的电阻比灯泡的电阻大，则I₂＜I₁，那么开关断开后瞬间灯泡是不会更亮的。

②开关断开后线圈是电源，因而C点电势最高，d点电势最低。

③过线圈电流方向与开关闭合时一样，不过开关闭合时，J点电势高于C点电势，当断开开关后瞬  间则相反，C点电势高于J点电。

④过灯泡的电流方向与开关闭合时的电流方向相反，a、b两点电势，开关闭合时U_a＞U_b，开关断开后瞬间U_a＜U_b。

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镇流器

是一个带铁芯的线圈，起动时产生瞬间高电压点燃日光灯，目光灯发光以后，线圈中的自感电动势阻碍电流变化，正常发光后起着降压限流作用，保证日光灯正常工作。

线圈作用：起动时产生瞬间高电压，正常发光后起着降压限流作用。

习题演练

1.  如图所示,电键S处于闭合状态,小灯泡A和B均正常发光,小灯泡A和线圈L电阻相等,现断开电键S,以下说法正确的是（   ）

A. 小灯泡A会立即熄灭

B. 小灯泡B过一会再熄灭

C. 线圈L中的电流会立即消失

D. 线圈L中的电流过一会再消失,且方向向右

2. 在如图所示的电路中，a、b为两个完全相同的灯泡，L为自感线圈，E为电源，S为开关。下列说法正确的是（）

A. 合上开关S，a、b同时亮

B. 合上开关S，a先亮、b后亮

C. 将原来闭合的开关S断开，a先熄灭、b后熄灭

D. 将原来闭合的开关S断开，b先熄灭、a后熄灭

习题解析

1. D 

L是自感系数足够大的线圈，它的电阻等于灯泡的电阻，A和B是两个完全相同的小灯泡，S断开后瞬间，B立即熄灭，但由于线圈的电流减小，导致线圈中出现感应电动势从而阻碍电流的减小，即线圈L中的电流过一会再消失，且方向向右，因L和A组成新的回路，则A亮一下再慢慢熄灭，故D正确

2. B

由于a、b为两个完全相同的灯泡，当开关接通瞬间，a灯泡立刻发光，而b灯泡由于线圈的自感现象，导致灯泡渐渐变亮；当开关断开瞬间，两灯泡串联，由线圈产生瞬间电压提供电流，导致两灯泡同时熄灭。故选B。

注意：对于线圈要抓住这个特性：当电流增大时，线圈中产生自感电动势，阻碍电流的增加；当电键断开时，线圈相当于电源，为回路提供瞬间的电流。

End