自感在图2-30a所示的实验中,当开关S闭合的瞬间,EL,灯正常发光,而EL灯逐渐变亮。这是因为开关S闭合的瞬间,通过线圈工的电流突然增大,穿过线圈工的磁通也随着增大。控电磁感应定律,线圈L中必然产生一个较大的感应电动势来阻碍线圈工中的电流增加,即EL,中的电流是逐渐增加的,要比EL,亮得迟缓一些。
在图2-30b所示的实验中,当开关S合上时,EL灯正常发光,如果接着将开关S断开在断开的瞬间,EL灯会发出更强的光,然后再慢慢熄灭。这是因为开关S闭合待电路稳定后又突然断开的瞬间,线圈L中的电流突然减小,按电磁感应定律,线圈工中也必然产生一个较大的感应电动势来阻碍线圈L中的电流减小,使EL灯发出短暂的强光,然后再熄灭。
从以上实验和分析可以看出,当通过线圈a)实验一b)实验的电流发生变化时,它所产生的磁场也要发生变化,通过线圈本身的磁通也在变化,线圈本身产生感应电动势,此电动势总是阻碍线圈中原来电流的变化。这种由于线圈本身电流的变化而在线圈自身引起电磁感应的现象称为自感现象,简称自感。在自感现象中产生的感应电动势,称为自感电动势。自感是一种特殊的电磁感应现象,由法拉第电磁感应定律就能推导出自感电动势大小的计算公式,即
称为电流变化率,自感电动势的大小与电流变化率成正比。公式中的负号表示其中,自感电动势总是企图阻碍电流的变化。
自感现象广泛存在于生活和实际生产中,凡是有导线、线圈的设备中,只要有电流变化就有自感现象存在,有时自感会对设备造成很大的危害,有时自感又是设备的工作原理,因此要充分考虑自感和利用自感。由于自感现象,在电路断开的瞬间,线圈中会产生很大的自感电动势,可能击穿线圈绝缘层或使刀开关等周围的空气电离,造成危险。在绕线电阻中常常采用导线对折再双线并绕的方法来消除自感,如图2-31所示。
因为双线并绕时,两组线圈的绕向相同,但是电流方向相反,所以同一时间两个线圈所产生的感应磁场总是大小相等而方向相反,即相互抵消因而没有电感。此时,绕线电阻在电路中只起一个电阻的作用,这样的绕线电阻也称为无感电阻。利用自感现象,可以依据线圈具有阻碍电流变化的特点,来稳定电路中的电流。另外像常见的荧光灯电路中的电感镇流器,就是利用线圈的自感在荧光灯管的两端产生高压而点亮荧光灯的,如图2-32所示
互感由图2-33中的互感实验一观察到,当开关合上或断开时,电流计指针偏转。分析如下当开关合上或断开时,线圈A中的电流发生了变化,电流产生的磁场也要发生变化,那么通过线圈A的磁通也要随之变化,其中必然要有一部分磁通通过线圈B,这部分磁通称为互感磁通。互感磁通同样随着线圈A中电流的变化而变化,线圈B中就要产生感应电动势所以在实验中看到了电流计指针的偏转。
反之,如果线圈B中的电流发生变化,也会使线圈A中产生感应电动势。这种电磁感应现象,称为互感现象,简称互感。产生的感应电动势称为互感电动势,用en表示。大量实验表明,线圈B中的互感电动势的大小,不仅与线圈A中的电流变化率有关而且还与两个线圈的结构以及它们之间的相对位置、磁介质的磁导率有关。理论和实践证明,线圈B的互感电动势为
互感实验二互感系数由这两个线圈的几何形状、尺寸、匝数、它们之间的相对位置以及磁介质的导率决定,对线性电感来说,M为常数,与线圈中的电流大小无关。互感也是一种电磁感应现象,互感电动势的方向仍可用楞次定律来判断。
互感现象在电工和电子技术中的应用非常广泛,互感可以很方便地把信号从一个线圈递到另一个线圈。利用互感原理,可以制成变压器、感应圈等。由于互感也会带来电路中乡圈的互相干扰,影响正常工作,所以常常要考虑怎样消除互感的问题。如设计中尽量考虑个线圈相距远一点或两线圈垂直放置,就能有效地防止互感现象的发生。