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    電感

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    電感的概念

    電感是閉合回路的一種屬性,是一個物理量。當線圈通過電流后,在線圈中形成磁場感應,感應磁場又會產生感應電流來抵制通過線圈中的電流。這種電流與線圈的相互作用關系稱為電的感抗,也就是電感,以美國科學家約瑟夫·亨利命名。

    電感是描述由于線圈電流變化,在本線圈中或在另一線圈中引起感應電動勢效應的電路參數。電感是自感和互感的總稱。提供電感的器件稱為電感器。

    電感線圈

    電感用L表示,單位有亨利(H)、毫亨利 (mH)、微亨利(μH),1H=10^3mH=10^6μH。高中物理對電感不做計算要求。

    自感與互感

    (1)自感

    當線圈中有電流通過時,線圈的周圍就會產生磁場。當線圈中電流發生變化時,其周圍的磁場也產生相應的變化,此變化的磁場可使線圈自身產生感應電動勢(感生電動勢)(電動勢用以表示有源元件理想電源的端電壓),這就是自感。

    (2)互感

    兩個電感線圈相互靠近時,一個電感線圈的磁場變化將影響另一個電感線圈,這種影響就是互感。互感的大小取決于電感線圈的自感與兩個電感線圈耦合的程度,利用此原理制成的元件叫做互感器。

    電感常見物理考題分析舉例

    一般地,我們認為電流穩態時電感L的電阻很小,電流突然改變時電感表現出很強的阻抗性。

    關于電感的物理題

    甲圖情況分析

    當甲圖中電鍵突然閉合時,通過R的支路很快就有一個穩定的電流,因為L的作用,通過燈泡的電流是緩慢增加的;達到穩定態,維持某個電流數值保持不變。

    燈泡的亮度是慢慢變亮的。

    當甲圖中電鍵突然斷開,因為L的作用,形成一個以L為電源,L、燈泡、R串聯的回路,通過燈泡的電流是緩慢減小的,直到最終熄滅。

    燈泡的亮度是慢慢減弱的。

    乙圖情況分析

    當乙圖中電鍵突然閉合時,通過R與燈泡的支路,很快就有一個穩定的電流,通過L的電流是緩慢增加的,不過達到穩態時,L中的電流要比另外支路大。

    燈泡的亮度是突然變亮的。

    當乙圖中電鍵突然斷開,因為L的作用,形成一個以L為電源,L、燈泡、R串聯的回路,通過燈泡的電流是緩慢減小的,直到最終熄滅;

    相比于甲圖,起始的電流更大些,因此電燈泡是先閃亮一下,而后逐步減弱的。

    電感線圈

    電感線圈是利用電磁感應的原理進行工作的器件。線圈是由導線一圈靠一圈地繞在絕緣管上,導線彼此互相絕緣,而絕緣管可以是空心的,也可以包含鐵芯或磁粉芯。

    當有電流流過一根導線時,就會在這根導線的周圍產生一定的電磁場,而這個電磁場的導線本身又會對處在這個電磁場范圍內的導線發生感應作用。對產生電磁場的導線本身發生的作用,叫做“自感“,即導線自己產生的變化電流產生變化磁場,這個磁場又進一步影響了導線中的電流;對處在這個電磁場范圍的其他導線產生的作用,叫做“互感“。

    電感線圈的電特性和電容器相反,“通低頻,阻高頻“。

    高頻信號通過電感線圈時會遇到很大的阻力,很難通過;而對低頻信號通過它時所呈現的阻力則比較小,即低頻信號可以較容易的通過它。電感線圈對直流電的電阻幾乎為零。

    電阻,電容和電感,他們對于電路中電信號的流動都會呈現一定的阻力,這種阻力我們稱之為“阻抗”。電感線圈對電流信號所呈現的阻抗利用的是線圈的自感。電感線圈有時我們把它簡稱為“電感”或“線圈”,用字母“L”表示。

    繞制電感線圈時,所繞的線圈的圈數我們一般把它稱為線圈的“匝數“。

    電感線圈與楞次定律

    lcdl

    楞次是在綜合法拉第電磁感應原理(發電機原理)和安培力原理的基礎上,以“電動機發電機原理”的形式提出這個定律的。

    其基本思想是:用電動機原理代替發電機原理來確定感應電流的方向,即:導線回路在磁場中運動時,產生感應電流(即發電機的電流)的方向,與通電導體回路在磁場力作用下作相同運動時、應通過的電流(電動機電流)的方向相反.以兩個端面互相平行的線圈為例,使A 線圈固定,B 線圈可移動.若令A線圈通以電流,讓B線圈向A運動,則B線圈上將產生感應電流。用“電動機發電機原理”判斷此感應電流的方向的程序如下:假定B作為電動機線圈,通電后受A線圈電流磁場的作用力而向著A運動(電動機),根據安培力規律(或電動機原理),要求B線圈的電流應與A線圈的電流有相同的繞行方向。于是,根據楞次的“電動機發電機原理”所求B線圈上的感應電流的繞行方向與A線圈上電流的繞行方向相反。

    楞次定律的表述可歸結為:“感應電流的效果總是阻礙引起它的原因。”如果回路上的感應電流是由穿過該回路的磁通量的變化引起的,那么楞次定律可具體表述為:“感應電流在回路中產生的磁通總是反抗(或阻礙)原磁通量的變化。”

    在高中物理利用楞次定律解題,我們可以用十二個字來形象記憶:“增反減同,來拒去留,增縮減擴”。

    如果感應電流是由組成回路的導體作切割磁感線運動而產生的,那么楞次定律可具體表述為:“運動導體上的感應電流受的磁場力(安培力)總是反抗(或阻礙)導體的運動。”我們不妨稱這個表述為力表述,這里感應電流的“效果”是受到磁場力;而產生感應電流的“原因”是導體作切割磁感線的運動。

    從楞次定律的上述表述可見,楞次定律并沒有直接指出感應電流的方向,它只是概括了確定感應電流方向的原則,給出了確定感應電流的程序。

    要真正掌握它,必須要求對表述的涵義有正確的理解,并熟練掌握電流的磁場及電流在磁場中受力的規律。

    以“通量表述”為例,要點是感應電流的磁通量反抗引起感應電流的原磁通量的變化,而不是反抗原磁通量。如果原磁通量是增加的,那么感應電流的磁通要反抗原磁通量的增加,就一定與原磁通量的方向相反;如果原磁通減少,那么感應電流的磁通要反抗原磁通的減少,就一定與原磁通量的方向相同。在正確領會定律的上述涵義以后,就可按以下程序應用楞次定律判斷感應電流的方向:

    a.穿過回路的原磁通的方向,以及它是增加還是減少;

    b.根據楞次定律表述的上述涵義確定回路中感應電流在該回路中產生的磁通的方向;

    c.根據回路電流在回路內部產生磁場的方向的規律(右手螺旋法則),由感應電流的磁通的方向確定感應電流的方向。

    LC振蕩回路

    LC振蕩回路的周期公式:

    LC振蕩回路周期T的表達式

    LC振蕩回路示意圖

    電感與電容串在一起,便構成了LC振蕩電路。

    LC振蕩電路用于產生高頻正弦波信號,常見的LC正弦波振蕩電路有變壓器反饋式LC振蕩電路、電感三點式LC振蕩電路和電容三點式LC振蕩電路。

    LC振蕩電路的輻射功率是和振蕩頻率的四次方成正比的,要讓LC振蕩電路向外輻射足夠強的電磁波,必須提高振蕩頻率,并且使電路具有開放的形式。

    LC振蕩電路運用了電容跟電感的儲能特性,讓電磁兩種能量交替轉化,也就是說電能跟磁能都會有一個最大最小值,也就有了振蕩。不過這只是理想情況,實際上所有電子元件都會有損耗,能量在電容跟電感之間互相轉化的過程中要么被損耗,要么泄漏出外部,能量會不斷減小,所以實際上的LC振蕩電路都需要一個放大元件,要么是三極管,要么是集成運放等數電IC,利用這個放大元件,通過各種信號反饋方法使得這個不斷被消耗的振蕩信號被反饋放大,從而最終輸出一個幅值跟頻率比較穩定的信號。

     

    參考文獻

    磁通量http://www.q6113.com/zongjie/kaodian/480416.html

    楞次定律http://www.q6113.com/zongjie/kaodian/474096.html

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