电磁场论文:静态电磁场中的电感
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电磁场中的自感与互感在电磁学中,电磁场是一种由电荷所产生的力场,具有电场和磁场两个成分。
而自感与互感则是电磁场中非常重要的两个概念。
在本文中,我们将探讨电磁场中的自感与互感的概念、特性以及在实际应用中的重要性。
一、自感(自电感)的概念自感是指导体中流过电流时,由于磁场的存在而产生的感应电动势。
它是由电流与导体自身所形成的磁场相互作用所产生的。
自感的大小与导体的物理属性、电流强度以及线圈的形状和参数等有关。
二、互感的概念互感是指两个或多个导体线圈之间,由于磁场的交变而产生的感应电动势。
互感是指两个或多个线圈之间通过磁场相互耦合所产生的现象。
互感的大小与线圈之间的相对位置、线圈的形状与参数以及磁场的交变频率等因素相关。
三、自感与互感的特性与计算自感与互感有一些共同的特性,例如它们都与电流的变化有关,其大小与时间导数成正比。
自感和互感的计算通常采用数学公式进行,其中自感的计算公式可表示为L=μ0N^2A/l,其中L代表自感,μ0代表真空中的磁导率,N代表线圈中的线圈数,A代表线圈的横截面积,l代表线圈的长度。
而互感则可以通过公式M=k√(L1L2),其中M代表互感,k代表耦合系数,L1和L2分别代表两个线圈的自感。
四、自感与互感在实际应用中的重要性自感与互感在电磁学中有广泛的应用。
其中,自感的效应在交流电路中非常重要,例如自感线圈可用于电感、变压器等电器元件的制造中。
而互感的效应则广泛应用于变压器、互感器、电感耦合通信等领域,具有非常重要的作用。
同时,自感和互感的研究也对电磁场的理论研究具有深远的意义。
通过对自感与互感的研究,我们可以更好地理解电磁场的产生、传播和作用机制,为电磁学的发展提供理论基础。
结论自感与互感作为电磁场中重要的概念,具有广泛的应用价值。
它们在电磁学的理论研究和实际应用中扮演着重要的角色。
我们需要深入理解自感与互感的概念、特性和计算方法,以更好地应用于电子、通信、电力等领域,并为进一步探索电磁学的奥秘做出贡献。
电磁场与电磁波论文电磁波已经结课将近一个月了。
现在整体总结一下我在课堂上学的知识,以及谈谈我对电磁场的认识。
提到电磁场,麦克斯韦方程组首先涌入我的脑筋。
麦克斯韦方程组可以说是电磁场理论的基础。
本书结构从简到易,首先讲解了一些电磁场的基本规律。
真空中电荷周围电场的规律,以及电流周围磁场的基本规律。
接着是静态电场的边界条件,即在两种介质的分界面上,电场强度的切向分量是连续的;当两种媒质的分界面上存在自由面电荷,电位移矢量的法向分量是不连续的。
在不同磁介质的分界面上一般都存在磁化面电流,在分界面磁感应强度的法向分量是连续的,当分界面上不存在自由面电流时,磁场期间昂度的切向分量是连续的。
之后教材带我们正式带进电磁场的世界,为我们讲述了电磁波在无界空间中的传播,以及均匀平面波的反射与投射等相关问题。
以下谈谈我对电磁场、电磁波的认识:电磁场由相互依存的电磁和磁场的总和构成的一种物理场。
电场随时间变化时产生磁场,磁场随时间变化时又产生电场,两者互为因果。
在电磁现象的某些量子特征可以被忽略的范围内,由电场强度E、电通密度D、磁场强度H和磁感应强度B四个相互有关的矢量确定的,与电流密度和体电荷密度一起表征介质或真空中的电和磁状态的场。
在电磁学里,电磁场是一种由带电物体产生的一种物理场。
处于电磁场的带电物体会感受到电磁场的作用力。
电磁场与带电物体(电荷或电流)之间的相互作用可以用麦克斯韦方程和洛伦兹力定律来描述电磁场是有内在联系、相互依存的电场和磁场的统一体和总称随时间变化的电场产生磁场,随时间变化的磁场产生电场,两者互为因果,形成电磁场。
电磁场可由变速运动的带电粒子引起。
也可由强弱变化的电流引起,不论原因如何,电磁场总是以光速向四周传播,形成电磁波。
电磁场是电磁作用的媒递物,具有能量和动量,是物质存在的一种形式。
电磁场的性质、特征及其运动变化规律由麦克斯韦方程组确定。
时变电磁场与静态的电场和磁场有显著的差别,出现一些由于时变而产生的效应。
电磁感应现象实验论文素材[题目:电磁感应现象实验论文素材]本论文旨在介绍电磁感应现象实验的相关素材,其中包括电磁感应的基本原理、实验材料及仪器设备以及实验步骤与结果分析等内容。
一、电磁感应的基本原理电磁感应是指在磁场发生变化时,产生感应电动势的现象。
根据法拉第电磁感应定律,当闭合电路中的磁通量发生变化时,电路中就会产生感应电流。
具体而言,电磁感应的基本原理如下:1. 电磁感应定律:法拉第电磁感应定律表明,感应电动势的大小与磁通量变化率成正比。
即感应电动势E的大小可以用下式表示:E = -dφ/dt,其中E为感应电动势,φ为磁通量,t为时间。
2. 楞次定律:楞次定律给出了感应电流的方向。
根据楞次定律,感应电流的方向总是使得产生它的磁通量发生变化的原因减弱。
简单来说,当磁场发生变化时,由感应产生的磁场的方向与原始磁场的方向相反。
二、实验材料及仪器设备进行电磁感应实验所需的材料和仪器设备如下:1. 电池:用于为实验提供直流电源。
2. 导线:通过导线连接电池与线圈,使电流得以流通。
3. 线圈:实验中主要用于产生磁场。
4. 铁芯:将线圈包裹在铁芯内部,增强磁场的强度。
5. 磁铁:用于改变磁场的方向和强度。
6. 电阻箱:通过改变电阻的大小,可以调节电路中的电流强度。
三、实验步骤与结果分析进行电磁感应实验的一般步骤如下:1. 连接电路:将电池与电阻箱通过导线连接成一闭合电路。
2. 放置线圈与铁芯:将线圈放置在铁芯上,并将铁芯插入线圈的中心孔中。
3. 插入磁铁:将磁铁插入铁芯的另一端。
4. 观察现象:当插入磁铁后,观察线圈两端是否出现电压变化。
5. 测量电压变化:使用万用表等仪器测量线圈两端的电压变化情况。
6. 改变磁铁位置和速度:尝试改变插入磁铁的位置和速度,观察电压的变化。
根据实验结果,可以进一步分析电磁感应现象的特点和规律。
例如,当磁铁快速插入或退出线圈时,电压的变化幅度较大;当磁铁的位置固定时,电压无变化等等。
电磁场与电磁感应静电场静磁场电磁感应定律等电磁场与电磁感应是物理学中重要的概念和理论,对电磁学的研究和应用有着重要的意义。
本文将介绍关于电磁场和电磁感应的一些基本概念和定律,以及它们的应用。
一、电磁场电磁场是由电荷和电流产生的相互作用结果,它可以分为静电场和静磁场两种。
静电场是由静止电荷所产生的力场,其力的作用是直接的、距离的平方反比的。
静磁场是由静止电流所产生的磁场,其力的作用是间接的,与距离成反比。
静电场遵循库仑定律,即两个点电荷之间的作用力等于它们电荷的乘积与它们之间距离的平方成反比。
静磁场遵循安培定律,即电流元产生的磁场与电流元的乘积成正比,并与它们之间的距离成反比。
二、电磁感应电磁感应是指导体中的电场或磁场的变化所引起的感应电流和感应电动势的现象。
根据法拉第电磁感应定律,当导体中的磁通量发生变化时,将会在导体中产生感应电动势,并且导体两端将产生感应电流。
电磁感应定律是物理学中的一个重要定律,它描述了磁场和电场的相互关系。
根据这个定律,磁场的变化会引起感应电动势,并且感应电动势的方向与磁场变化的速率成正比。
这个定律对于电磁波的产生和电动机的工作原理有着重要的意义。
三、电磁感应定律的应用电磁感应定律在生活和科学研究中有着广泛的应用。
下面介绍其中的几个重要应用:1. 电磁感应产生电流:电磁感应定律的最重要应用是发电机,它将机械能转化为电能。
发电机的工作原理就是利用磁场的变化来产生感应电流,从而产生电能。
2. 电磁感应制动:利用电磁感应的原理可以实现制动装置,例如电磁制动器、电磁刹车等。
这些装置利用磁场的变化来产生感应电流,通过感应电流的作用来达到制动的效果。
3. 电磁感应传感器:电磁感应定律在传感器技术中也有着广泛的应用。
例如,磁力计利用电磁感应原理来测量磁场的大小和方向;感应电动机利用电磁感应原理来测量电动机的转速和转向等。
4. 变压器:变压器是利用电磁感应原理来实现电压的变换。
通常,它由两个或多个线圈组成,当一个线圈中的电流发生变化时,将在其他线圈中感应出电动势,从而实现电压的变换。
电学篇电感与电路电磁场的能量电磁波电学篇:电感与电路中的电磁场、能量与电磁波在电学领域中,电感是一个重要的概念,它与电路中的电磁场、能量传输以及电磁波的产生有着密切的联系。
本文将对电感、电路中的电磁场、能量以及电磁波等方面的知识进行详细的探讨。
一、电感与电磁场电感是指导体或线圈对通过它们的电流的变化所产生的反抗作用。
当电流通过导体或线圈时,会生成一个磁场,这个磁场与电流的变化有关,导体或线圈内部会有一种电动势的感应现象,这就是电感的基本原理。
在电路中,电感可以用来实现对电流的储存和释放。
当电流通过电感时,由于电感对电流的阻碍作用,电流的变化速率较小时,电感存储能量,当电流的变化速率较大时,电感将释放储存的能量。
这种储存和释放能量的特性使得电感在电路中起到了重要的作用。
二、电感与电路中的能量传输电感不仅仅在电路中起到了能量储存和释放的作用,还能够实现能量的传输。
在变压器中,电感通过互感现象实现了电能的传输。
当交流电通过一个线圈中,由于电流的变化会引起磁场的变化,进而在另一个线圈中产生感应,并将电能传输到另一个线圈。
电感在电路中的能量传输也应用广泛,比如无线充电技术。
通过将电能转换为磁能,然后再将磁能转回电能,实现了无线充电的功能。
三、电磁场的能量电磁场是由电荷和电流产生的,在电磁场中存在能量的传播。
对于静电场和恒定电流场来说,能量密度可以用电场强度和磁感应强度的平方的和的一半来表示。
在电磁场中,能量以电磁波的形式传播。
根据麦克斯韦方程组的推导,我们知道,电场和磁场的变化可以相互引发,从而形成电磁波。
电磁波以光速传播,是一种纵横交错的能量传播形式。
四、电磁波的产生与应用电磁波产生的基础是变化的电场和磁场,当电场和磁场随时间变化时,就会产生电磁波。
根据频率的不同,电磁波可以分为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等不同波长的波。
电磁波的应用非常广泛,无线通信、广播电视、雷达、医学成像等都离不开电磁波的传播和接收。
论文:电磁感应现象的应用电磁感应现象是电磁学中最重大的发现之一,它显示了电、磁现象之间的相互联系和转化,对其本质的深入研究所揭示的电、磁场之间的联系,对麦克斯韦电磁场理论的建立具有重大意义。
电磁感应现象在电工技术、电子技术以及电磁测量等方面都有广泛的应用。
若闭合电路为一个n匝的线圈,则又可表示为:式中n 为线圈匝数,δφ为磁通量变化量,单位wb,δt为发生变化所用时间,单位为ε为产生的感应电动势,单位为v。
因磁通量变化产生感应电动势的现象,闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时,导体中就会产生电流,这种现象叫电磁感应。
这种现象叫电磁感应现象。
产生的电流称为感应电流。
闭合线圈面积不变,改变磁场强度,磁通量也会改变,也会发生电磁感应现象。
所以准确的定义如下:当穿过闭合电路的磁通量变化时电路中就有感应电流产生,这种利用磁场而产生的电流的现象叫感应电动势。
法拉第电磁感应定律,是计算感应电动势的大小:e=nδφ/δt。
法拉第电磁感应定律,e:感应电动势(v),n:感应线圈匝数,δφ/δt:磁通量的变化率。
e=blvsinα(切割磁感线运动)e=blv中的v和l不可以和磁感线平行,但可以不和磁感线垂直,其中sina为v或l与磁感线的夹角。
l:有效长度(m)}em=nbsω(交流发电机最大的感应电动势){em:感应电动势峰值}e=b(l^2)ω/2(导体一端固定以ω旋转切割。
角速度(rad/s),v:速度(m/s)}磁通量φ=bs sinα{φ:磁通量(wb),b:匀强磁场的磁感应强度(t),s:正对面积(m2)}。
感应电动势的正负极可利用感应电流方向判定{电源内部的电流方向:由负极流向正极}。
自感电动势e自=nδφ/δt=lδi/δt{l:自感系数(h)(线圈l有铁芯比无铁芯时要大),δi:变化电流,t:所用时间,δi/δt:自感电流变化率。
感应电动势的产生的条件是:穿过电路δφ,无论电路闭合是否,只要磁通量变化了,就一定有感应电动势的产生。
静电场与磁场的耦合与电磁感应电磁学是物理学的重要分支之一,它研究电荷和电流之间的相互作用。
其中,静电场和磁场是电磁学中的两个基本概念。
静电场是由电荷引起的,而磁场则是由电流引起的。
在自然界中,这两种场是密不可分的,它们之间存在着耦合关系。
本文将探讨静电场与磁场的耦合以及它们与电磁感应之间的关系。
首先,我们来了解一下静电场与磁场的耦合。
在静电学中,我们知道电荷之间存在着库仑力,即静电力。
当电荷静止不动时,它所产生的电场会对其他电荷产生作用力。
然而,当电荷运动起来时,除了电场外,还会产生磁场。
这是由安培定律给出的,即电流产生磁场。
因此,当电荷运动时,静电场和磁场就相互耦合在一起了。
静电场和磁场的耦合现象在电磁学中有着重要的应用,比如电磁波的传播。
电磁波是由振荡的电场和磁场组成的,它们以光速传播。
这种传播过程中,电场和磁场相互耦合,相互增强和抵消,形成了电磁波的波动特性。
电磁波的传播不需要媒质,因此可以在真空中传播,这是静电场和磁场耦合的结果。
接下来,我们来讨论静电场和磁场与电磁感应之间的关系。
电磁感应是指磁场变化时,会在导体中产生感应电流。
这是法拉第电磁感应定律给出的。
当磁场的磁通量发生变化时,导体中就会产生感应电流。
这个过程中静电场和磁场也是相互耦合的。
根据法拉第电磁感应定律,我们知道磁场的变化会引起感应电流。
而感应电流产生的磁场又会与原始磁场相互作用,形成一个闭合的电磁回路。
这个回路中,静电场和磁场相互耦合,相互影响。
这个过程在变压器和发电机中得到了广泛应用。
变压器利用感应电流的产生和磁场的耦合来改变电压。
发电机则利用磁场的变化来产生感应电流,从而实现能量的转换。
除了在变压器和发电机中的应用外,静电场和磁场的耦合还在其他领域中发挥着重要作用。
比如在电磁兼容性测试中,我们需要考虑静电场和磁场对电子设备的影响。
静电场和磁场的相互作用可能会导致设备的故障或干扰。
因此,我们需要采取一些措施来减小静电场和磁场的耦合,以保证设备的正常工作。
静态电磁场的基本理论和应用静态电磁场是指场的物理量随时间变化极其缓慢,可以近似看作是不变的电磁场。
静态电磁场具有宏观上常见的电学和磁学效应,是电学和磁学的基础。
静态电磁场的基本理论包括静电场和静磁场的产生和作用,以及带电粒子在静态电磁场中的运动规律。
静态电磁场的应用非常广泛,例如在电力工业、通讯工程和物理实验室等领域,静态电磁场都发挥着重要的作用。
1. 静电场的产生和作用静电场是由电荷引起的场。
当电荷分布不均匀或者有电荷运动时,就会产生静电场。
电荷具有相互排斥作用和相互吸引作用,因此静电场的效应包括电场力和电场能。
电场力是指电场对电荷施加的力,可以方便地通过库仑定律计算。
电场能是指电荷在电场中位移所获得的能量,可以表示为$W=\int{\frac{1}{2}\epsilon_0 E^2 dV}$。
其中,$\epsilon_0$是真空介质常数,$E$是电场强度,$V$是场的体积。
静电场的应用非常广泛,例如在电力工业中,静电场运用于高压直流输电、电能贮存和防雷等方面。
在通讯工程中,静电场对电磁波的传输和接收也起着重要作用。
此外,静电场在物理实验室中常用于制备和测量微小粒子,例如通过静电引力操纵带电颗粒进行实验。
2. 静磁场的产生和作用静磁场是由磁荷引起的场。
目前并没有发现独立存在的磁荷,因此实际上静磁场是由电流所产生的。
通过安培环路定理和比奥-萨伐尔定律,我们可以方便地计算静磁场的大小和方向。
静磁场的效应包括磁场力和磁场能。
磁场力是指磁场对运动带电粒子的作用力,可以表示为$F=qv\times B$。
其中,$q$是粒子带电量,$v$是粒子速度,$B$是磁场强度。
磁场能是指运动带电粒子在磁场中位移所获得的能量,可以表示为$W=\int{\frac{1}{2\mu_0}B^2 dV}$。
其中,$\mu_0$是真空磁导率,$B$是磁场强度,$V$是场的体积。
静磁场的应用也非常广泛,例如在电力工业中,静磁场运用于电机、变压器和电力电子器件等方面。
电磁场中计算电感和电容的方法刘红麦克斯韦方程组:0dS q BdS d e dt Hdl I ψ⎧=⎪⎪=⎪⎨=-⎪⎪⎪=⎩⎰⎰⎰⎰⎰D电场通量定理磁场通量定理电磁感应定律安培环路定理前两个分别为电路和磁路的KCL ,后两个分别为电路和磁路的KVL 。
在本文中,第一个方程用来计算电容,第二个方程用来计算磁通,第三个方程用来计算电压,第四个方程用来计算电感。
1、单根导线的自感}1图 1 单根导线假设导体所通的电流为I ,该电流将在导体内部和导体外部产生磁链。
在离导线r 处的磁力线所包围的电流为:22r I r RRI r R ⎧≤⎪⎨⎪>⎩当当 (1) 根据安培环路定律,在离导线r 处的磁场强度为: 221212r I r R R rH I r R rππ⎧⋅≤⎪⎪=⎨⎪⋅>⎪⎩当当 (2)单位长度导线产生的磁链为:200002011ln 2242RR I I r I dr I dr R r r Rμμψμμππππ∞∞=⋅+⋅=+⎰⎰ (3) 其中70410Hmμπ-=⨯为真空中的磁导率(导线内部一般是铜或铝,导线外部一般是空气,这些材料磁导率接近真空中的磁导率,若为其他材料,应取相应的磁导率)。
因此单位长度的自感为:42IRππ其中第一项为内自感,第二项为外自感。
显然,单根导线单位长度的自感是无穷大。
2、单相导线的自感图 2 单相导线如图2,两段单位长度的导线相距为D 。
一般设D 较大,可忽略导线的内自感。
根据安培环路定律,在离导线r 处的磁场强度为:()1122H I IrD r ππ=⋅+- (5)两段单位长度导线产生的磁链为:00011ln 2D D R R I I D dr dr r D r Rμμψππ-⎛⎫=+= ⎪-⎝⎭⎰⎰ (6) 因此单位长度的自感为:001ln 22DL I Rμψπ== (7) 可看出,导线间距越大,自感越大,导线越细,自感也越大。
3、单根导线的电容}1图 3 单根导线设单根导线单位长度内的电荷量为q 。
电路中的电磁场与电磁感应电磁场与电磁感应是电路中广泛应用的两个重要概念。
随着科学技术的不断发展,我们对于电磁场与电磁感应的理解也变得更加深入。
本文将介绍电磁场和电磁感应的概念以及它们在电路中的应用。
首先,了解电磁场的概念对于理解电路中的电磁现象至关重要。
电磁场是由电荷和电流产生的力场和磁场的综合效应。
在电路中,当电流通过导线时,会产生磁场,这种磁场可以通过磁感线的分布来观察到。
磁感线的方向是垂直于电流方向的,它的密度和电流的强度成正比。
这就是为什么在电路中的电流较大的地方,磁感线相对较密集,而电流较小的地方,磁感线相对较稀疏。
在电路中,电磁场不仅仅是一个静态的存在,还可以通过变化的电流产生。
这就引出了电磁感应的概念。
电磁感应是指当磁场中的磁通量发生变化时,会在导线中产生感应电动势。
这种感应电动势可以导致电流的产生,即电磁感应现象。
由于电磁感应是一种基于磁通量变化的现象,所以通常在电路中会使用变压器和发电机等设备来实现。
电磁感应的实际应用十分广泛。
例如,变压器通过改变输入和输出线圈的匝数比例,可以实现电压的升降。
这使得电力在长距离传输时可以通过高压低电流的方式来减少能量损失。
另外,电磁感应还被应用在电能计量里,通过感应电动势的测量,可以得出电能的消耗情况。
此外,电磁感应还可以应用在电磁炉、电动机等电器设备中。
除了电磁感应外,电磁场还有其他一些重要的应用。
例如,电磁场可以用于感应电动势的测量,通过测量感应电动势的大小,可以判断磁场的强度。
另外,电磁场还可以用于磁力感应的实现。
在电路中,当电流通过导线时,会产生磁场,这种磁场可以利用电磁铁的原理,产生吸引或排斥的作用力。
这种作用力广泛应用于电磁铁、电磁阀等设备中。
总之,电磁场与电磁感应是电路中非常重要的概念。
电磁场的存在使得电流可以在空间中产生磁场,并且通过变化的电流可以实现电磁感应。
电磁感应的应用范围广泛,从变压器到电动机,都离不开电磁感应的原理。
通过对电磁场和电磁感应的深入理解,可以更好地应用于电路设计和电器设备的开发中。
静态电磁场中的电感主题:静态电磁场中的电感关键词:静态电磁场,电感,电感的应用摘要:电感包括自感和互感。
由电磁学、电路理论已知,描述一个电路或两个相邻电路间电流变化而感生电动势效应的物理参数,分别是自感系数L和互感系数M,他们统称为电感。
与电容、电阻参数的计算相同,同样须运用场的观点,在相应的场分布分析的基础上,才能计算出实际电磁系统的电感参数。
正文:一、电感的定义:电感是导线内通过交流电流时,在导线的内部及其周围产生交变磁通,导线的磁通量与生产此磁通的电流之比。
当电感中通过直流电流时,其周围只呈现固定的磁力线,不随时间而变化;可是当在线圈中通过交流电流时,其周围将呈现出随时间而变化的磁力线。
根据法拉弟电磁感应定律---磁生电来分析,变化的磁力线在线圈两端会产生感应电势,此感应电势相当于一个“新电源”。
当形成闭合回路时,此感应电势就要产生感应电流。
由楞次定律知道感应电流所产生的磁力线总量要力图阻止原来磁力线的变化的。
由于原来磁力线变化来源于外加交变电源的变化,故从客观效果看,电感线圈有阻止交流电路中电流变化的特性。
电感线圈有与力学中的惯性相类似的特性,在电学上取名为“自感应”,通常在拉开闸刀开关或接通闸刀开关的瞬间,会发生火花,这就是自感现象产生很高的感应电势所造成的。
总之,当电感线圈接到交流电源上时,线圈内部的磁力线将随电流的交变而时刻在变化着,致使线圈不断产生电磁感应。
这种因线圈本身电流的变化而产生的电动势 ,称为“自感电动势”。
由此可见,电感量只是一个与线圈的圈数、大小形状和介质有关的一个参量,它是电感线圈惯性的量度而与外加电流无关。
二、电感的分类按电感值分类:固定电感、可变电感。
按导磁体性质分类:空芯线圈、铁氧体线圈、铁芯线圈、铜芯线圈。
按工作性质分类:天线线圈、振荡线圈、扼流线圈、陷波线圈、偏转线圈。
按绕线结构分类:单层线圈、多层线圈、蜂房式线圈。
三、电感的作用及应用:在电路中,当电流流过导体时,会产生电磁场,电磁场的大小除以电流的大小就是电感,电感的定义是IL Φ=, 单位是韦伯。
电感是衡量线圈产生电磁感应能力的物理量。
给一个线圈通入电流,线圈周围就会产生磁场,线圈就有磁通量通过。
通入线圈的电源越大,磁场就越强,通过线圈的磁通量就越大。
实验证明,通过线圈的磁通量和通入的电流是成正比的,它们的比值叫做自感系数,也叫做电感。
如果通过线圈的磁通量用Φ表示,电流用I 表示,用L 表示,那么IL Φ=。
电感的单位是亨(H ),也常用毫亨(mH )或微亨(uH )做单位。
1H=1000mH ,1H=1000000uH 。
电感只能对非稳恒电流起作用,它的特点两端电压正比于通过他的电流的瞬时变化率(导数),比例系数就是它的“自感” 。
电感起作用的原因是它在通过非稳恒电流时产生变化的磁场,而这个磁场又会反过来影响电流,所以,这么说来,任何一个导体,只要它通过非稳恒电流,就会产生变化的磁场,就会反过来影响电流,所以任何导体都会有自感现象产生。
板上可以看到很多铜线缠绕的线圈,这个线圈就叫电感,电感主要分为磁心电感和空心电感两种,磁心电感电感量大常用在滤波电路,空心电感电感量较小,常用于高频电路。
电感的特性与电容的特性正好相反,它具有阻止交流电通过而让直流电顺利通过的特性。
电感的特性是通直流、阻交流,频率越高,线圈阻抗越大。
电感器在电路中经常和电容一起工作,构成LC 滤波器、LC 振荡器等。
另外,人们还利用电感的特性,制造了阻流圈、变压器、继电器等。
电感通直流,阻交流 。
通直流:所谓通直流就是指在直流电路中,电感的作用就相当于一根导线,不起任何作用. 阻交流:在交流电路中,电感会有阻抗,整个电路的电流会变小,对交流有一定的阻碍作用。
电感的基本作用:滤波、振荡、延迟、陷波等。
通直在电子线路中,电感线圈对交流有限流作用,它与电阻器或电容器能组成高通或低通滤波器、移相电路及谐振电路等;变压器可以进行交流耦合、变压、变流和阻抗变换等。
由fL L X L πω2==可 知,电感L 越大,频率f 越高,感抗就越大。
该电感器两端电压的大小与电感L 成正比,还与电流变化速度ti ∆∆成正比,电感线圈也是一个储能元件,它以磁的形式储存电能,储存的电能大小可用下式表示:221LI W L =可见,线圈电感量越大,流过越大,储存的电能也就越多。
电感在电路最常见的作用就是与电容一起,组成LC 滤波电路。
我们已经知道,电容具有“阻直流,通交流”的本领,而电感则有“通直流,阻交流”的功能。
如果把伴有许多干扰信号的直流电通过LC 滤波电路,那么,交流干扰信号将被电容变成热能消耗掉;变得比较纯净的直流电流通过电感时,其中的交流干扰信号也被变成磁感和热能,频率较高的最容易被电感阻抗,这就可以抑制较高频率的干扰信号。
LC 滤波电路在线路板电源部分的电感一般是由线径非常粗的漆包线环绕在涂有各种颜色的圆形磁芯上。
而且附近一般有几个高大的滤波铝电解电容,这二者组成的就是上述的 LC 滤波电路。
另外,线路板还大量采用“蛇行线+贴片钽电容”来组成LC 电路,因为蛇行线在电路板上来回折行,也可以看作一个小电感。
四、自感载有电流I 的线圈,其各匝交链的磁通的总和称为磁链ψ(亦称自感磁链)。
显然,若N 匝的线圈,各匝磁通均等于Φ,则其磁链Φ=ψN 。
然而,实际上线圈各匝所交链的磁通往往并不相同。
有时存在“部分交链”的情况,从而线圈的总磁链应表示为相应线匝磁链的总和,即∑Φ=ψi iN。
在线性媒质中,线圈的自感磁链ψ与其励磁电流I 成正比,该比值定义为线圈的静态自感系数(简称自感)L ,即IL ψ=(单位:H )若场中含有铁磁煤质,则煤质非线性的磁特性,决定了ψ和I 之间的非线性关系,此时,定义磁链的增量ψd 对电流量dI 的比值为动态自感d L ,即dId L d ψ=。
对于线性煤质的讨论,静态与动态自感是同一决定于线圈几何形状、尺寸,以及煤质磁导率的参数。
当载流导体截面较大时,通常又将自感磁链ψ分为内磁链i ψ和外磁链o ψ两部分之和,以分别对应于不同的磁通与线匝交链的情况。
可以看出,完全在载流导体外部闭合的磁通(如典型的由一束磁场线所组成的元磁感应管a ),合成为外磁链o ψ;而由元磁感应管b 描述的则为与部分电流I ’交链的内磁通Φd 。
对于这类部分交链的情况,这时线匝数以载流I 为基数(设为1),则I ’应计为分数匝,其值为II '。
于是相应的元磁链Φ=ψd II d ',而内磁链⎰Φ=ψSi d II d '若令I ’=I ,则上式即转换为外磁链o ψ的计算关系式。
对应于内、外磁链的分析方法,由下面的公式,自感L 也就可表示为内自感i L 与外自感oL 之和,即o i o i oi L L IIIIL +=ψ+ψ=ψ+ψ=ψ=五、互感在线性煤质中,如果一个线圈k 的磁链是由另一线圈h 中的电流h I 所产生,记为互感磁链kh ψ,则kh ψ与h I 电流的壁纸定义为线圈h 对线圈k 的静态互感系数(简称为互感)kh M ,即hkh khI Mψ=(单位为:H )同理,线圈k 对线圈h 的互感可表示为k khhkI Mψ=(单位为:H )可以证明hkkh MM=。
在非线性煤质中,则定义增量kh d ψ对h dI 的比值为动态互感。
五、线形回路的电感对于线形回路的自感磁链的计算,采用矢量磁位A ,应取该线形回路的内周界l ’为积分路径,求与线电流I 全交链的外磁链,而线电流I 则被看作集中在回路的轴线上流动。
于是得外磁链⎰⎰⎰⋅=⋅=Φ=ψ''O '4'l ll o o rdl dl Idl A πμ外自感即为⎰⎰⋅='O'4l lo rdl dl L πμ对于由N 匝细导线紧密绕制的线圈,因其通过电流I 时产生的磁通可近似地认为是单匝线圈I 所产生的磁通的N 倍,而该磁通又与全部线匝相交链,各外自感为⎰⎰⋅=Φ=ψ'O 2'4l lo o ordl dl N IN IL πμ可得,外自感o L 与线匝数N 的平方成正比。
至于内自感,一般均采用近似计算法。
对于圆截面导线,不论回路形状如何,如该回路任何部位的去路半径都远大于横截面半径时,则其内自感计算可等同于无限长直导线的情况,即周长为l 的电流回路的内自感为πμ8lL o i =通常线形回路的内自感远小于外自感,所以其自感为o o i L L L L ≈+=六、两线形回路间互感的计算:回路2对回路1的互感为⎰⎰⋅=ψ=1212O212124l l rdl dl I M πμ同理可得⎰⎰⋅=ψ=1221O121214l l rdl dl I Mπμ若回路1、2分别有1N 和2N 匝细导线紧密绕制而成,则互感为⎰⎰⋅==1212O2121124l l rdl dl N N M M πμ式中1l 、2l 分别表示回路1、2一匝的周长。