線圈里磁通量發(fā)生變化的原因不同,就表現(xiàn)有不同形式的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。本文所講的自感及后下節(jié)中的互感都是中藥的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。
定義通過前面兩節(jié)課的學(xué)習(xí)我們已經(jīng)知道,如果通過閉合回路所包圍面積內(nèi)的磁通量發(fā)生變化,回路中必然產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。因此:
自感電動勢當(dāng)通過線圈回路中的電流發(fā)生變化時,此電流在線圈回路內(nèi)所產(chǎn)生的磁通也必然發(fā)生變化,那么,這一變化的磁通也將在線圈回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。這種由線圈回路自身電流變化引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象稱為自感現(xiàn)象,由自感現(xiàn)象所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢稱為自感電動勢。
自感電動勢跟其他感應(yīng)電動勢一樣,是跟穿過線圈的磁通量的變化率(△代表變化量)成正比的。我們知道,在均勻磁場中,磁通量Φ跟電磁感應(yīng)強度B成正比,B又跟產(chǎn)生這個磁場的電流成正比。Φ跟I成正比,△Φ跟△I也成正比。由此可知自感電動勢跟
成正比,即:
上述公式中各參數(shù)含義:
- L:表示自感系數(shù),單位:亨利(H);
- △I:表示線圈中電流變化量(A);
- △t:表示電流變化△I所經(jīng)歷時間(S);
- eL:表示自感電動勢(V)
上面的自感電動勢中的負(fù)號表示自感電動勢的方向總是與回路中電流方向相反。當(dāng)線圈電流增大時,自感電動勢所產(chǎn)生的自感電流要阻礙電流I增大。因此與I反方向,而當(dāng)線圈電流減少時,自感電動勢所產(chǎn)生的自感電流要阻礙線圈電流I減小,因此與I同向。
自感系數(shù)上面的公式中的比例恒量L叫做線圈的自感系數(shù),簡稱自感或電感。它是表示線圈所固有的一種物理屬性。在電路圖種常用符號“”表示。自感L的大小是有線圈本身的特性決定的。線圈越長,單位長度上匝數(shù)越多,截面積越大,他的自感系數(shù)就越大。另外,有鐵心的線圈的自感系數(shù),比沒有鐵心時要大得多,對于一個現(xiàn)成的線圈來說,自感系數(shù)是一定的。
通常自感用符號L表示,其單位是亨利,簡稱亨,國際符號是H。如果通過線圈的電流強度在1秒鐘內(nèi)改變1安培時產(chǎn)生的自感電動勢是1 伏,這個線圈的自感就是1亨。所以:
1亨=1伏·秒/安
常用的較小單位有毫亨(mH)和微亨(μH)他們之間的單位換算關(guān)系為:
自感現(xiàn)象演示電路圖
- 1毫亨(mH)=10-3亨(H)
- 1微亨(μH)=10-6亨(H)
為了加深大家對自感現(xiàn)象的理解,我們可以從右圖的實驗來觀察和分析:
右圖的電路中,A、B兩燈泡規(guī)格相同,A與電阻R串聯(lián),B與帶鐵心的線圈L串聯(lián),R與L的電阻值相等,當(dāng)和尚開關(guān)K后,可以看到電阻R串聯(lián)的燈泡A立即正常發(fā)光,而與有鐵心的線圈L串聯(lián)的燈泡B卻是逐漸亮起來,這便是自感現(xiàn)象的表現(xiàn)結(jié)果。因為,在接通電路的瞬間,電路中的電流是從零開始增大,穿過線圈L的磁通量也隨著增加。
根據(jù)電磁感應(yīng)定律,線圈中必然會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,這個電影電動勢阻礙線圈中電流的增大、燈泡B只能逐漸亮起來。