5-7 自感(课件）- 高二《电工基础》同步教学（劳动版）

§5-7 自感 1 学习目标 1. 了解自感的定义。 2. 掌握计算自感电动势大小的公式，会判断自感电动势的方向。 3． 熟悉趋肤效应在生产实际中的应用。 2 第一章　电路基础 一、自感现象 如图所示是观察自感现象的演示电路。 在图a所示电路中，HL1和HL2是完全相同的两只灯泡，线圈L的阻值和电阻R的阻值相等。当开关SA闭合后，灯泡HL1立即正常发光，而HL2却是慢慢变亮。这是因为当合上开关后，因灯泡HL2与线圈L串联，通过线圈L的电流由零开始增大，穿过线圈L的磁通也随之增加。根据楞次定律可知，感应电动势要阻碍线圈中电流的增大，因此，灯泡HL2必然要比HL1亮得慢些。 3 第一章　电路基础 4 自感演示电路 a）合上开关，HL2比HL1亮得慢 b）断开开关，HL2和HL1慢慢熄灭 第一章　电路基础 在图b所示电路中，当开关SA闭合灯泡正常发光后，再断开开关SA，灯泡并不是立即熄灭，而是闪亮一下，然后才熄灭。这是因为断开开关后，通过线圈L的电流突然减小，穿过线圈L的磁通也很快减少，线圈中必然要产生一个很大的感应电动势，以阻碍电流的减小。虽然这时电源已被切断，但线圈L和电阻R以及灯泡HL1、HL2组成了回路，在这个电路中有较大的感应电流通过，所以灯泡会突然闪亮。 5 第一章　电路基础 从上述两个演示实验可以看出，当通过线圈的电流发生变化时，线圈中就会产生感应电动势，这个电动势总是阻碍线圈中原来电流的变化。这种由于流过线圈本身的电流发生变化而引起的电磁感应现象称为自感现象，简称自感。在自感现象中产生的感应电动势称为自感电动势，用eL表示，自感电流用iL表示。 6 第一章　电路基础 二、自感系数 自感电流产生的磁通称为自感磁通。当同一电流通入结构不同的线圈时，所产生的自感磁通是不同的。为了衡量不同线圈产生自感磁通的本领，引入自感系数（也称电感）这一物理量，用L表示，它在数值上等于在线圈中通过单位电流所产生的自感磁通，即： 7 第一章　电路基础 式中N——线圈的匝数； Φ——每一匝线圈的自感磁通，Wb； I——流过线圈的电流，A； L——电感，亨（H）。 电感常用的单位有毫亨（mH）和微亨（μH）。它们的关系是： 1 H＝103 mH 1 mH＝103 μH 8 第一章　电路基础 三、自感电动势 自感现象是电磁感应现象的一种特殊情况，它必然也遵从法拉第电磁感应定律。对于线性电感，自感电动势的大小为： 式中， 为电流的变化率，单位是A/s，它说明：自感电动势的大小等于线圈的电感与电流变化率的乘积。 9 第一章　电路基础 自感电动势的方向仍可以根据楞次定律来判定，即自感电动势的方向总是和外电流变化的趋势相反。如图a所示，外电流i的变化趋势是增大的，自感电动势产生的电流iL就要阻碍外电流的增大，而与外电流方向相反；图b中，外电流i的变化趋势是减小的，则自感电动势产生的电流iL就与外电流方向相同。 10 自感电动势方向的判定 第一章　电路基础 四、RL电路过渡过程 如图所示自感演示电路中，切断电流的瞬间，灯泡并不立即熄灭，而是骤然一亮，然后才慢慢熄灭。这是由于在断电瞬间，电感线圈把它所存储的能量释放出来，转换成灯泡的热能和光能的缘故。可见电感线圈与电容器相似，都是电路中的储能元件。 11 自感演示电路 a）合上开关，HL2比HL1亮得慢 b）断开开关，HL2和HL1慢慢熄灭 第一章　电路基础 五、自感应用举例 自感现象在实际中应用很广泛，许多电气设备都是利用自感原理工作的。 12 同频率电流在导线中的分布情况（阴影为导线有效面积） a)直流 b)f=10 kHz c)f≥100 kHz 第一章　电路基础 13 防止趋肤效应的导线 a）多股绞线 b）片状导线 第一章　电路基础 $