一、電磁感應
當導體相對磁場運動而切割磁力線或通過線圈的磁通發生變化時,導體或線圈中就會有感生電動勢產生,如果導體或線圈是閉合回路的一部分,導體或線圈中就將有電流產生,這種現象叫做電磁感應。通過電磁感應產生的電流叫做感應電流。
1、 產生感應電流的條件
通過閉合電路的磁通量發生變化。
2、 產生感應電動勢的條件
無論回路是否閉合,只要通過線圈平面的磁通量發生變化,線路中就有感應電動勢。
3、 電磁感應現象的實質是產生感應電動勢,如果回路閉合,則有感應電流,回路不閉合,則只有感應電動勢而無感應電流。
二、導體切割磁力線時的感生電動勢
1、 導體切割磁力線產生的感生電動勢或電流方向可用右手定則確定。
2、 導體切割磁力線產生感應電動勢的計算公式為E=BLVsinα。式中
B為均勻磁場的磁感強度,T;
L為導體在磁場中的有效長度,m;
V為導體切割磁力線運動的速度,m/s;α為導體切割磁力線運動的方向與磁力線的夾角;
E為感生電動勢。
3、 導體切割磁力線運動方向與磁力線平行時,α=0°,sinα=0,導體中產生的感生電動勢e=0;
導體切割磁力線運動方向與磁力線垂直時,α=90°,sinα=1,導體中產生的感生電動勢Em=BLV。
三、線圈回路磁通變化時的感生電動勢
通常用楞次定律來判斷感生電動勢的方向,用法拉第電磁感應定律來計算感生電動勢的大小。
1、楞次定律
當閉合線圈回路中磁通量發生變化時,回路中就有感生電流產生,感生電流的磁場總是阻礙原磁場的變化。
1)線圈回路磁通變化產生的感生電動勢或電流的方向,可以用楞次定律來確定。
(1)首先判斷原磁通的方向及其變化趨勢:增加還是減少;
(2)根據感生電流的磁場方向和原磁通變化趨勢相反的原則,確定感生電流的磁場方向;
(3)根據感生電流的磁場方向,用右手螺旋定則判斷感生電動勢或感生電流的方向。
(4)原磁通量增加時,感應電流的磁場方向與原磁場方向相反;當原磁通量減少時,感應電流的磁場方向與原磁場方向相同,即增反減同。
2)楞次定律的另一種表述
感應電流表現形式有三種:
(1)阻礙原磁通量的變化;
(2)阻礙物體間的相對運動;
(3)阻礙原電流的變化(自感)。
2、法拉第電磁感應定律
線圈回路磁通變化產生電動勢的大小與通過線圈回路的磁通量的變化成正比。N匝線圈感生電動勢大小表達式:E=N△Φ/△t,式中
N為線圈匝數;
△Φ/△t為磁通變化率,Wb/s;
E為感生電動勢,V。
四、自感
1、自感
由于線圈本身的電流發生變化而產生感生電動勢的電磁現象叫做自感現象,簡稱自感。
2、磁鏈
磁鏈是導電線圈或電流回路所鏈環的磁通量。磁鏈等于導電線圈匝數N與穿過該線圈各匝的平均磁通量Φ的乘積,故又稱磁通匝。用Ψ表示,Ψ=NΦ。
3、自感系數
線圈的磁鏈和電流的比值叫做線圈的自感系數,又叫電感。電感是表示線圈產生自感磁鏈本領大小的物理量。用L表示,L= Ψ/i。
4、自感電動勢
由自感產生的感生電動勢叫自感電動勢。自感電動勢的大小取決于線圈自感系數和本身電流變化的快慢,自感電動勢方向總是阻礙電流的變化,即電流增大時,自感電動勢的方向與電流方向相反,電流減小時,自感電動勢的方向與電流方向相同。
五、互感
1、互感
一個線圈中的電流變化在另一個線圈中產生感生電動勢的電磁現象叫做互感現象。
2、互感系數
互感系數是互感現象中在一個電路中所感生的磁通除以在另一個電路中產生該磁通的電流,簡稱互感。其大小與線圈的匝數、尺寸、相對位置及線圈中介質的磁導率有關。
3、互感電動勢
由互感產生的電動勢叫互感電動勢。互感電動勢的方向仍可用用次定律來判斷,不僅取決于磁通的增減還與線圈的繞向有關。
六、渦流
1、渦流現象
在一根導體外面繞上線圈,并讓線圈通入交變電流,線圈就產生交變磁場。由于線圈中間的導體在圓周方向是可以等效成一圈圈的閉合電路,閉合電路中的磁通量在不斷發生改變,所以在導體的圓周方向會產生感應電動勢和感應電流,電流的方向沿導體的圓周方向轉圈,就像一圈圈的漩渦,所以這種在整塊導體內部發生電磁感應而產生感應電流的現象稱為渦流現象。
2、渦流損耗
因渦流而導致能量損耗稱為渦流損耗。渦流損耗的大小與磁場的變化方式、導體的運動、導體的幾何形狀、導體的磁導率和電導率等因素有關。
3、渦流抑制
大塊的導體在磁場中運動或處在變化的磁場中,都要產生感應電動勢,形成渦流,引起較大的渦流損耗。為減少渦流損耗,常將鐵心用許多鐵磁導體薄片例如硅鋼片疊成,這些薄片被分開呈梯形狀,表面涂有薄層絕緣漆或絕緣的氧化物。磁場穿過薄片的狹窄截面時,渦流被限制在沿各片中的一些狹小回路流過,這些回路中的凈電動勢較小,回路的長度較大,再由于這種薄片材料的電阻率大,這樣就可以顯著地減小渦流損耗。所以,交流電機、變壓器中廣泛采用疊片鐵芯。
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