物理（普通类）教学课件 第六节 自感 互感 学习资料

第六节

自感

互感一、自感二、荧光灯的工作原理三、互感四、变压器的工作原理

一、自感灯泡和带铁芯的线圈并联在直流电路中，闭合开关，给灯泡供电，灯泡不亮；当断开开关时，灯泡却在这一瞬间闪了一下，发出明亮的光。

演示实验（点击下图即可播放）闭合开关时，灯泡和线圈中都有电流流过，但由于灯泡的额定电压较高，一节电池提供的电压远远不能满足它的要求，因此灯泡不明显发光。当电路断开时，通过线圈的电流突然减弱，穿过线圈的磁通量也迅速减少，因而在线圈中产生了较大的感应电动势。虽然此时电源已经断开，但线圈和灯泡组成了闭合回路，在这个回路中产生的感应电流通过灯泡，使其瞬间发光。这种由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫作自感现象。在自感现象中产生的感应电动势，叫作自感电动势。线圈的自感系数跟线圈的形状、长短、匝数等因素有关。线圈的横截面积越大，线圈越长，匝数越多，它的自感系数就越大。另外，有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时大得多。自感电动势的大小跟穿过线圈的磁通量变化的快慢有关，线圈的磁场是由电流产生的，因此穿过线圈的磁通量变化的快慢跟电流变化的快慢有关。对同一个线圈来说，电流变化得越快，线圈中产生的感应电动势就越大。对于不同的线圈，在电流变化快慢相同的情况下，产生的自感电动势一般是不同的。电学中用自感系数来表示线圈的这种特性，简称自感或电感，用L表示。自感系数的SI单位是H（亨）。自感线圈是交流电路中的重要元件，在各种电器设备和无线电技术中有广泛的应用，如左图所示。在自感系数很大而电流又很强的电路（如大型电动机的定子绕组，如右图所示）中，在切断电路的瞬间，由于电流在很短的时间内发生很大的变化，会产生很高的自感电动势，在断开处形成电弧，这不仅会烧坏开关，甚至危及工作人员的安全。因此，这类电路必须采用特制的安全开关。荧光灯的电路如左图所示，它主要由灯管、镇流器和启辉器组成。镇流器是一个带铁芯的线圈。启辉器的结构如右图所示，它是一个充有氖气的小玻璃泡，里面装有两个电极，一个固定不动的静触片和一个用双金属片制成的U形动触片。灯管内充有稀薄的水银蒸气。当水银蒸气导电时，就发生紫外线，使涂在管壁上的荧光粉发出柔和的光。

二、荧光灯的工作原理由于激发水银蒸气导电所需的电压比220V的电源电压高得多，因此，荧光灯在开始点燃时需要一个高出电源电压很多的瞬时电压。在荧光灯点燃后正常发光时，灯管的电阻变得很小，只允许通过不大的电流，电流过强就会烧坏灯管，这时又要使加在灯管上的电压大大低于电源电压。这两方面的要求都是利用跟灯管串联的镇流器来达到的。当开关闭合后，电源把电压加在启辉器的两极之间，使氖气放电而发出辉光，辉光产生的热量使U形触片膨胀伸长，跟静片接触而使电路接通，于是镇流器的线圈和灯管的灯丝中就有电流通过。电路接通后，启辉器中的氖气停止放电，U形触片冷却收缩，两个触片分离，电路自动断开。在电路突然断开的瞬间，镇流器的两端由于自感现象产生一个瞬时高电压，这个电压和电源电压都加在灯管的两端，使灯管中的水银蒸气开始导电，于是荧光灯管成为电流的通路开始发光。在荧光灯正常发光时，与灯管串联的镇流器就起着降压限流的作用，保证荧光灯的正常工作。

三、互感从上一节的演示实验中可以看出，当线圈A中的电流发生变化时，穿过线圈B的磁通量就发生变化，在线圈B中就会产生感应电动势。这种由于一个电路中电流的变化，在另一个电路中产生感应电动势的电磁感应现象称为互感。在互感现象中，两个电路间并没有电的联系，而是通过磁的联系把电能从一个电路输送到另一个电路。电工和无线电技术中使用的各种变压器，都是根据互感的原理制造的。

四、变压器的工作原理变压器是利用互感原理工作的电磁装置，主要由铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成。常见的变压器结构如下图所示，一个线圈跟电源连接，叫作原线圈（初级线圈）；另一个线圈跟负载连接，叫作副线圈（次级线圈）。两个线圈都是用绝缘导线绕制成的，铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片等磁性材料叠合而成。

n2＞n1时，U2＞U1，变压器使电压升高，这种变压器叫作升压变压器；

n2＜n1时，U2＜U1，变压器使电压降低，这种变压器叫作降压变压器。设理想变压器原线圈两端的电压是U1，副线圈两端的电压是U2，原线圈的匝数是n1，副线圈的匝数是n2，则在理想情况下，可以认为穿过这两个线圈的交变磁通量相同，这两个线圈的每匝产生的感应电动势相等。因此理想变压器原、副线圈的端电压之比等于这两个线圈的匝数比。如果把变压器的原线圈接在交流电源上，在原线圈中就有交变电流流过。交变电流在铁芯中产生交变的磁通量，这个交变的磁通量经过闭合磁路同时穿过原线圈和副线圈。在原、副线圈中都要产生感应电动势。

常见的变压器如下图所示。一般大型发电机组输出的电压等级分别为10.5kV、13.8kV、15.75kV、18.0kV。这样的电压不符合远距离输电的要求，所以要用变压器升压。发电厂发电机发出的电，经过升压站升高电压，由高压输电线向外输送，到达用户一方时，先在一次高压变电所降到110kV，再由二次高压变电所降到10kV，其中一部分送到需要高电压的工厂，另一部分送到低压变电所降到220V或380V送给一般用户。目前我国远距离输电采用的电压有110kV、220kV和330kV，有的线路已经开始采用550kV的超高压送电。练习5-6

1．在自感现象中，自感电动势的大小跟哪些因素有关？答案：

跟电流变化的快慢和自感系数的大小有关。

2．简述荧光灯的工作原理。答案：当电路接通后，电压加在启辉器的两极之间，使氖气产生辉光放电，产生的热量使电路接通，于是镇流器的线圈中有电流通过。此时，启辉器中的氖气停止放电，冷却收缩，电路断开。在电路断开的瞬间，镇流器的两端由于自感现象产生一个瞬时高电压，这个电压和电源电压都加在灯管的两端，使灯管中的水银蒸气开始导电发光。在荧光灯正常发光时，与灯管串联的镇流器就起着降压限流的作用，保证荧光灯的正常工作。

3．简述变压器的工作原理。