電感在電路設(shè)計(jì)中非常重要,因?yàn)樯婕暗降闹R(shí)面太廣,所以我總結(jié)了一些重點(diǎn)內(nèi)容和大家交流經(jīng)驗(yàn)。
1、關(guān)于電磁感應(yīng)的幾個(gè)基本問(wèn)題
(1)電磁感應(yīng)現(xiàn)象 利用磁場(chǎng)產(chǎn)生電流(或電動(dòng)勢(shì))的現(xiàn)象,叫電磁感應(yīng)現(xiàn)象。所產(chǎn)生的電流叫感應(yīng)電流,所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。所謂電磁感應(yīng)現(xiàn)象,實(shí)際上是指由于磁的某種變化而引起電的產(chǎn)生的現(xiàn)象,磁場(chǎng)變化,將在周圍空間激起電場(chǎng);如周圍空間中有導(dǎo)體存在,一般導(dǎo)體中將激起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì);如導(dǎo)體構(gòu)成閉合回路,則回路程還將產(chǎn)生感應(yīng)電流。
(2)發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象,產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件:發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象,產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件通常有如下兩種表述。
①當(dāng)穿過(guò)線圈的磁通量發(fā)生變化時(shí)就將發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象,線圈里產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如線圈閉合,則線圈子里就將產(chǎn)生感應(yīng)電流。
②當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)時(shí)就將發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象,導(dǎo)體里產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),如做切割感線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體是某閉合電路的一部分,則電路里就將產(chǎn)生感應(yīng)電流。產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源。應(yīng)指出的是:閉合電路的一部分做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí),穿過(guò)閉合電路的磁通量也將發(fā)生變化。所以上述兩個(gè)條件從根本上還應(yīng)歸結(jié)磁通量的變化。但如果矩形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中以速度v平動(dòng)時(shí),盡管線圈的bc和ad邊都在做切割磁感線運(yùn)動(dòng),但由于穿過(guò)線圈的磁通量沒(méi)有變,所以線圈回路中沒(méi)有感應(yīng)電流。
(3)發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩種基本方式及其理論解釋
①導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象:當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線的相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),就將在導(dǎo)體中激起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。這種發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的方式可以用運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到洛侖茲力的作用來(lái)解釋。
②磁場(chǎng)變化使穿過(guò)磁場(chǎng)中閉合回路的磁通量改變而發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象:當(dāng)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱改變而使穿過(guò)磁場(chǎng)中的閉合回路程的磁通量發(fā)生變化時(shí),就將在閉合回路程里激起感應(yīng)電流。這種發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的方式可以用麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論來(lái)解釋。
(4)引起磁通量變化的常見(jiàn)情況
線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng);
線圈在磁場(chǎng)中面積發(fā)生變化;
線圈中磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化;
通電線圈中電流發(fā)生變化。
2、感應(yīng)電流方向的判斷
(1)右手定則:伸開(kāi)右手,讓拇指跟其余四指垂直,并且都跟手掌在一個(gè)平面內(nèi),讓磁感線垂直從手心進(jìn)入,拇指指向?qū)w運(yùn)動(dòng)的方向,其余四指指的就是感應(yīng)電流的方向。四指指向還可以理解為:感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向、該部分導(dǎo)體的高電勢(shì)處。
用右手定則時(shí)應(yīng)注意:
主要用于閉合回路的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí),產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與感應(yīng)電流的方向判定。右手定則僅在導(dǎo)體切割磁感線時(shí)使用,應(yīng)用時(shí)要注意磁場(chǎng)方向、運(yùn)動(dòng)方向、感應(yīng)電流方向三者互相垂直. 當(dāng)導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向不垂直時(shí),拇指應(yīng)指向切割磁感線的分速度方向. 若形成閉合回路,四指指向感應(yīng)電流方向;若未形成閉合回路,四指指向高電勢(shì). “因電而動(dòng)”用左手定則.“因動(dòng)而電”用右手定則. 應(yīng)用時(shí)要特別注意:四指指向是電源內(nèi)部電流的方向(負(fù)→正).因而也是電勢(shì)升高的方向;即:四指指向正極。
(2)楞次定律(判斷感應(yīng)電流方向)
①楞次定律的內(nèi)容:感應(yīng)電流具有這樣的方向,感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。
②對(duì)楞次定律中阻礙二字的正確理解 “阻礙”不是阻止,這里是阻而未止。阻礙磁通量變化指:磁通量增加時(shí),阻礙增加(感應(yīng)電流的磁場(chǎng)和原磁場(chǎng)方向相反,起抵消作用);磁通量減少時(shí),阻礙減少(感應(yīng)電流的磁場(chǎng)和原磁場(chǎng)方向一致,起補(bǔ)償作用),簡(jiǎn)稱“增反減同”.
③理解楞次定律要注意四個(gè)層次: 誰(shuí)阻礙誰(shuí)?是感應(yīng)電流的磁通量阻礙原磁通量; 阻礙什么?阻礙的是磁通量的變化而不是磁通量本身; 如何阻礙?當(dāng)磁通量增加時(shí),感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相反,當(dāng)磁通量減小時(shí),感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相同,即”增反減同”; 結(jié)果如何?阻礙不是阻止,只是延緩了磁通量變化的快慢,結(jié)果是增加的還是增加,減少的還是減少。
(3)楞次定律的應(yīng)用步驟“一原、二感、三電流”
①明確引起感應(yīng)電流的原磁場(chǎng)在被感應(yīng)的回路上的方向;
②搞清原磁場(chǎng)穿過(guò)被感應(yīng)的回路中的磁通量增減情況;
③根據(jù)楞次定律確定感應(yīng)電流的磁場(chǎng)的方向;
④運(yùn)用安培定則判斷出感生電流的方向。
(4)楞次定律的靈活運(yùn)用,楞次定律的拓展 楞次定律的廣義表述:感應(yīng)電流的效果總是反抗(或阻礙)引起感應(yīng)電流的原因。主要有四種表現(xiàn)形式:1、當(dāng)閉合回路中磁通量變化而引起感應(yīng)電流時(shí),感應(yīng)電流的效果總是阻礙原磁通量的變化。
2、當(dāng)線圈和磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而引起感應(yīng)電流時(shí),感應(yīng)電流的效果總是阻礙二者之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在一些由于某種相對(duì)運(yùn)動(dòng)而引起感應(yīng)電流的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,如運(yùn)用楞次定律從“感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是阻礙引起感應(yīng)電流的原磁場(chǎng)的磁通量變化”出發(fā)來(lái)判斷感應(yīng)電流方向,往往會(huì)比較困難,對(duì)于這樣的問(wèn)題,在運(yùn)用楞次定律時(shí),一般可以靈活處理,考慮到原磁場(chǎng)的磁通量變化又是由相對(duì)運(yùn)動(dòng)而引起的,于是可以從“感應(yīng)電流的磁場(chǎng)阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)”出發(fā)來(lái)判斷。3、當(dāng)線圈面積發(fā)生變化而引起感應(yīng)電流時(shí),感應(yīng)電流的效果總是阻礙回路面積的變化。4、當(dāng)線圈中自身電流發(fā)生變化而引起感應(yīng)電流時(shí),感應(yīng)電流的效果總是阻礙原電流的變化(自感現(xiàn)象)。
法拉第電磁感應(yīng)定律:在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小,跟穿過(guò)這一電路的磁通量的變化率成正比。公式:,其中n為線圈的匝數(shù)。法拉第電磁感應(yīng)定律的理解
(1)的兩種基本形式:
①當(dāng)線圈面積S不變,垂直于線圈平面的磁場(chǎng)B發(fā)生變化時(shí)。
②當(dāng)磁場(chǎng)B不變,垂直于磁場(chǎng)的線圈面積S發(fā)生變化時(shí)。
(2)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小取決于穿過(guò)電路的磁通量的變化率,與φ的大小及△φ的大小沒(méi)有必然聯(lián)系。
(3)若為恒定(如:面積S不變,磁場(chǎng)B均勻變化,或磁場(chǎng)B不變,面積S均勻變化)則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)恒定。若為變化量,則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E也為變化量,計(jì)算的是△t時(shí)間內(nèi)平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),當(dāng)△t→0時(shí),的極限值才等于瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。
自感現(xiàn)象:
當(dāng)閉合回路的導(dǎo)體中的電流發(fā)生變化時(shí),導(dǎo)體本身就產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),這個(gè)電動(dòng)勢(shì)總是阻礙導(dǎo)體中原來(lái)電流的變化。這種由于導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象,叫做自感現(xiàn)象。
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原文標(biāo)題:電路設(shè)計(jì)中必不可少的經(jīng)典知識(shí)總結(jié)【電感】
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