1、電磁感應(yīng)
當(dāng)導(dǎo)體相對于磁場運(yùn)動(dòng)并切割磁力線或通過線圈的磁通量發(fā)生變化時(shí),導(dǎo)體或線圈中就會產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。 如果導(dǎo)體或線圈是閉環(huán)的一部分,則導(dǎo)體或線圈中將產(chǎn)生電流。 這種現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)。 電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電流稱為感應(yīng)電流。
1. 產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件
通過閉合電路的磁通量會發(fā)生變化。
2. 產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)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(fā)生變化,線路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。
3、電磁感應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì)是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。 如果回路閉合,就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。 如果回路不閉合感應(yīng)電動(dòng)勢產(chǎn)生的條件,則只有感應(yīng)電動(dòng)勢而沒有感應(yīng)電流。
2. 導(dǎo)體切割磁力線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢
1、導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢或電流的方向可由右手定則確定。
2、導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢計(jì)算公式為E=α。式中
B為均勻磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度,T;
L為導(dǎo)體在磁場中的有效長度,m;
V——導(dǎo)體切割磁力線的速度,m/s; α為導(dǎo)體切割磁力線的方向與磁力線之間的夾角;
E是感應(yīng)電動(dòng)勢。
3、當(dāng)切割磁力線的導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向與磁力線平行時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢產(chǎn)生的條件,α=0°,sinα=0,導(dǎo)體中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢e=0;
當(dāng)切割磁力線的導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向與磁力線垂直時(shí),α=90°,sinα=1,導(dǎo)體中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢Em=BLV。
3、線圈回路磁通變化時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢
通常用楞次定律來確定感應(yīng)電動(dòng)勢的方向,用法拉第電磁感應(yīng)定律來計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢的大小。
1.楞次定律
當(dāng)閉合線圈回路中的磁通量發(fā)生變化時(shí),回路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流,而感應(yīng)電流的磁場總是阻礙原磁場的變化。
1)線圈回路中磁通變化產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢或電流的方向可由楞次定律確定。
(1)首先確定原磁通量的方向及其變化趨勢:增加還是減少;
(2)根據(jù)感應(yīng)電流的磁場方向與原磁通的變化趨勢相反的原理,確定感應(yīng)電流的磁場方向;
(3)根據(jù)感應(yīng)電流的磁場方向,用右手螺旋定則確定感應(yīng)電動(dòng)勢或感應(yīng)電流的方向。
(4)當(dāng)原磁通量增加時(shí),感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相反; 當(dāng)原磁通量減少時(shí),感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相同,即感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相同。原磁場,即感應(yīng)電流的方向與原磁場的方向相同。
2)楞次定律的另一種表達(dá)
感應(yīng)電流有三種形式:
(1)阻礙原有磁通量的變化;
(2)阻礙物體之間的相對運(yùn)動(dòng);
(3)阻礙原有電流(自感)的變化。
2.法拉第電磁感應(yīng)定律
線圈環(huán)的磁通量變化產(chǎn)生的電動(dòng)勢的大小與通過線圈環(huán)的磁通量的變化成正比。 N匝線圈感應(yīng)電動(dòng)勢的表達(dá)式:E=N△Φ/△t,其中
N為線圈匝數(shù);
△Φ/△t為磁通變化率,Wb/s;
E 是感應(yīng)電動(dòng)勢,V。
4.自我認(rèn)知
1. 自感應(yīng)
由于線圈本身電流變化而感應(yīng)出電動(dòng)勢的電磁現(xiàn)象稱為自感,簡稱自感。
2. 磁力鏈接
磁鏈?zhǔn)怯蓪?dǎo)電線圈或電流環(huán)鏈接的磁通量。 磁鏈等于導(dǎo)電線圈的匝數(shù)N與通過該線圈每匝的平均磁通量Φ的乘積,因此也稱為磁通匝數(shù)。 用Ψ表示,Ψ=NΦ。
3、自感系數(shù)
線圈的磁鏈與電流的比值稱為線圈的自感系數(shù),也稱為電感。 電感是表示線圈產(chǎn)生自感磁鏈能力的物理量。 用L表示,L=Ψ/i。
4、自感電動(dòng)勢
自感應(yīng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢稱為自感電動(dòng)勢。 自感電動(dòng)勢的大小取決于線圈的自感系數(shù)和電流變化的速度。 自感電動(dòng)勢的方向始終阻礙電流的變化。 即當(dāng)電流增大時(shí),自感電動(dòng)勢的方向與電流的方向相反。 當(dāng)電流減小時(shí),自感電動(dòng)勢的方向與電流方向相反。 感應(yīng)電動(dòng)勢的方向與電流的方向相同。
5、互感
1、互感
一個(gè)線圈中電流的變化在另一個(gè)線圈中感應(yīng)出電動(dòng)勢的電磁現(xiàn)象稱為互感。
2、互感系數(shù)
互感系數(shù)是在互感現(xiàn)象中一個(gè)電路中感應(yīng)出的磁通量除以另一電路中產(chǎn)生磁通量的電流,簡稱互感。 其大小與線圈的匝數(shù)、尺寸、相對位置以及線圈內(nèi)介質(zhì)的導(dǎo)磁率有關(guān)。
3、互感電動(dòng)勢
由互感產(chǎn)生的電動(dòng)勢稱為互感電動(dòng)勢。 互感電動(dòng)勢的方向仍然可以通過效用定律來判斷,它不僅取決于磁通量的增加或減少,而且還與線圈的纏繞方向有關(guān)。
6、渦流
1、渦流現(xiàn)象
將線圈纏繞在導(dǎo)體上,并使交流電流通過線圈,以產(chǎn)生交變磁場。 由于線圈中間的導(dǎo)體可以等效為圓周方向的閉合電路,閉合電路中的磁通量不斷變化,因此會在線圈的圓周方向產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流。導(dǎo)體,電流方向沿導(dǎo)體圓周。 旋轉(zhuǎn)的方向就像一個(gè)渦流,因此整個(gè)導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生電磁感應(yīng)和感應(yīng)電流的現(xiàn)象稱為渦流現(xiàn)象。
2、渦流損耗
由于渦流引起的能量損失稱為渦流損失。 渦流損耗的大小與磁場變化方式、導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方式、導(dǎo)體的幾何形狀、導(dǎo)體的導(dǎo)磁率和電導(dǎo)率等因素有關(guān)。
3、渦流抑制
當(dāng)大導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動(dòng)或處于變化的磁場中時(shí),會產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢并形成渦流,造成較大的渦流損耗。 為了減少渦流損耗,鐵芯上常堆放許多硅鋼片等鐵磁導(dǎo)體片。 這些片材被分割成梯形,表面涂有一層薄薄的絕緣漆或絕緣氧化物。 當(dāng)磁場穿過片材的狹窄橫截面時(shí),渦流被限制沿著每個(gè)片材中的一些狹窄環(huán)路流動(dòng)。 這些回路中的凈電動(dòng)勢較小,回路的長度較大,并且由于片材的電阻率較高,這顯著降低了渦流損耗。 因此,疊片鐵芯廣泛應(yīng)用于交流電機(jī)和變壓器中。