大学物理课件-互感-福州大学李培官

大学物理课件互感-导言电磁现象电磁感应应用互感是电磁学中的重要概念，它描述当一个电路中的电流变化时，它会在互感在许多重要的技术应用中发挥着了两个电路之间的相互作用另一个电路中产生感应电流关键作用，例如变压器、无线通信等什么是互感互感是两个线圈之间的一种电磁感应现象，当一个线圈中的电流发生变化时，它会在另一个线圈中产生感应电流这种现象被称为互感互感是电磁感应的一种特殊形式，它发生在两个或多个相互靠近的线圈之间互感自感vs自感互感12一个线圈中的电流变化，一个线圈中的电流变化，会在自身产生感应电动势，会在另一个相邻线圈中产即自感现象生感应电动势，即互感现象互感系数定义单位互感系数是指两个线圈之间相互感应的程度互感系数的单位是亨利H当一个线圈中的电流变化时，它会在另一个线圈中产生感亨利表示当一个线圈中的电流以安培秒的速度变化时，11/应电动势，互感系数的大小反映了这种感应电动势的大小另一个线圈中产生的感应电动势为伏特1相互感应的基本原理磁场变化1电流变化磁通量变化2线圈感应电动势感应电流3另一线圈产生电流法拉第电磁感应定律磁场变化感应电动势楞次定律当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，感应电动势的大小等于磁通量变化率感应电流的方向总是阻碍引起它产生电路中会产生感应电动势的负值，方向遵循楞次定律的磁通量变化相互感应的过程变化的磁场1当一个线圈中的电流发生变化时，它会产生一个变化的磁场磁通变化2这个变化的磁场穿过另一个线圈，导致该线圈的磁通量发生变化感应电动势3根据法拉第电磁感应定律，磁通量变化会在第二个线圈中产生感应电动势感应电流4感应电动势驱动电流在第二个线圈中流动，这个电流被称为感应电流涡旋电流当一个导体在变化的磁场中运动时，导体内会产生感应电流这些电流在导体内部形成闭合回路，形成涡旋状，被称为涡旋电流浴旋电流的影响能量损耗磁场变化浴旋电流会导致能量损耗，浴旋电流会产生自己的磁场，因为电流在导体中流动会产这会改变原磁场的分布生热量材料升温浴旋电流引起的热量会使材料升温，这可能会导致材料损坏互感系数的表达式互感系数的表达式ΦΦM=21/I1=12/I2线圈产生的磁通量穿过线圈Φ2112线圈产生的磁通量穿过线圈Φ1221线圈和线圈的电流I1,I212互感系数的因素几何因素物理因素线圈的形状、尺寸和相对位置会影响互感系数例如，当线圈的材料、导线截面积和匝数也会影响互感系数匝数两线圈平行放置时，它们的互感系数最大越多，互感系数越大几何因素线圈形状线圈尺寸线圈间距线圈的形状，例如圆形、方形或螺旋线圈的尺寸，包括长度、半径等，也两个线圈之间的间距，也会影响互感形，会影响互感系数形状越规则，会影响互感系数尺寸越大，互感系系数间距越小，互感系数越高互感系数越高数越高物理因素介质磁导率线圈材料介质磁导率越高，互感系数越大线圈材料的磁导率越高，互感系数越大环绕方向同向反向当两个线圈的电流方向相同当两个线圈的电流方向相反时，它们的磁场相互增强，时，它们的磁场相互抵消，导致更大的互感导致较小的互感相互感应能量相互感应能量能量转换当两个线圈相互感应时，磁场能量会传递到另一个线圈变压器利用相互感应将电能从一个线圈传递到另一个线圈，这可以通过互感系数来计算并改变电压和电流相互感应能量的公式1/21/2LI²MI₁I₂自感线圈储存的能量两个线圈之间相互感应产生的能量相互感应能量应用电力系统通信系统变压器是利用电磁感应原理，改相互感应在无线电、微波等通信变电压和电流的设备系统中广泛应用电子设备各种电子设备中，如感应加热、无线充电等，都利用了相互感应原理变压器的工作原理电磁感应变压器的工作原理基于电磁感应初级线圈当交流电通过初级线圈时，会产生交变磁场次级线圈交变磁场穿过次级线圈，在其内部产生感应电动势电压变化感应电动势的大小与初级线圈和次级线圈的匝数比成正比变压器的作用电压变换电流变换12变压器可以将电压升高或电压变化会反向影响电流，降低，以适应不同的应用高电压对应低电流，低电需求压对应高电流阻抗匹配隔离34变压器可以改变电路的阻变压器可以隔离电路，防抗，以实现最佳能量传输止电流直接流过，提高安效率全性变压器效率905效率损耗变压器效率通常在以上主要包括铜损和铁损90%变压器的等效电路变压器的等效电路模型可以简化其工作过程分析该模型包含变压器自身的电阻和漏感，以及负载的电阻和电感通过等效电路，我们可以计算变压器的效率、功率损耗等重要参数，并进行相关分析等效电路模型帮助我们理解变压器在不同负载条件下的工作特性，进而设计和优化变压器性能变压器损耗铜损铁损电流在绕组中流动产生的热量损磁芯中由于磁滞和涡流产生的热失量损失漏磁损磁通泄漏到空气中产生的能量损失自耦变压器结构简单体积小巧应用广泛自耦变压器只有一个绕组，通过抽头由于只有一个绕组，自耦变压器可以自耦变压器广泛应用于调压、启动电改变输出电压，结构简单，成本低廉做得更小，更轻便机、电子设备等领域自耦变压器的优点结构简单效率高只有一个绕组，比普通变压由于只有一个绕组，减少了器结构更简单，体积更小，绕组之间的损耗，因此效率重量更轻更高成本低由于结构简单，生产成本较低互感应在通信中的应用无线通信无线充电互感在无线通信中用于信号传输和接收，例如无线电天线互感技术可以实现无线能量传输，例如手机无线充电器和手机天线互感应实验演示为了深入理解互感现象，我们可以通过一些简单的实验来演示互感原理实验中通常使用两个线圈，一个作为原线圈，另一个作为副线圈，观察电流的变化例如，我们可以将原线圈连接到交流电源，然后观察副线圈上的感应电压通过改变原线圈的电流或位置，我们可以观察副线圈上的感应电压的变化通过观察和分析实验数据，我们可以验证互感定律，并加深对互感现象的理解实验步骤准备实验器材1包括两个线圈、电流表、电压表、电源、开关、导线等确保实验器材完好无损，且连接线牢固可靠连接电路2将两个线圈串联连接，并分别连接到电源、电流表和电压表确保连接方式正确，避免出现短路或其他安全隐患进行实验3闭合开关，观察电流表和电压表的变化改变电源电压和线圈距离，观察互感现象的变化记录数据4记录不同条件下电流表和电压表的读数，并进行数据分析，得出实验结论实验数据分析电压电流通过实验数据分析，我们可以验证互感系数和线圈间距离、线圈匝数等因素之间的关系，并了解互感现象在实际应用中的意义实验结论验证互感现象互感系数测量实验成功验证了两个线圈之间存在的互感现象，即当一个线通过测量线圈的感应电动势和电流变化率，可以计算出两个圈中的电流发生变化时，另一个线圈中会产生感应电动势线圈之间的互感系数，验证了互感系数的计算公式小结互感互感系数两个线圈之间的相互感应现衡量线圈间相互感应强度的象，产生感应电动势物理量相互感应能量应用由于相互感应产生的能量存变压器、电感器等电子器件储在磁场中。