自感现象视频中为什么要阻止电流的变化为什么是阻止

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2017-04-29 04:28 标签： 自感现象实验
自感现象/自感现象
自感现象是一种特殊的电磁感应现象，它是由于线圈本身电流变化而引起的。概念：由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫做自感现象。流过线圈的电流发生变化，导致穿过线圈的磁通量发生变化而产生的自感电动势，总是阻碍线圈中原来电流的变化，当原来电流在增大时，自感电动势与原来电流方向相反；当原来电流减小时，自感电动势与原来电流方向相同。因此，“自感”简单地说，由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫做自感现象。自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势。自感电动势的大小跟穿过导线线圈的磁通量变化的快慢有关系。线圈的磁场是由电流产生的，所以穿过线圈的磁通量变化的快慢跟电流变化的快慢有关系。对同一线圈来说，电流变化得快，线圈产生的自感电动势就大，反之就小。 对于不同的线圈，在电流变化快慢相同的情况下，产生的自感电动势是不同的，电学中用自感系数来表示线圈的这种特征。自感系数简称自感或电感。此现象常表现为阻碍电流的变化。自感现象在各种电器设备和无线电技术中有广泛的应用。日光灯的镇流器就是利用线圈的自感现象。自感现象也有不利的一面，在自感系数很大而电流有很强的电路（如大型电动机的定子绕组）中，在切断电路的瞬间，由于电流强度在很短的时间内发生很大的变化，会产生很高的自感电动势，使开关的闸刀和固定夹片之间的空气电离而变成导体，形成电弧。这会烧坏开关，甚至危人员安全。因此，切断这段电路时必须采用特制的安全开关。
释义/自感现象
自感现象演示板考虑一个闭合回路,设其中的电流为I,根据毕奥--萨伐尔定律,此电流在空间任意一点的磁感强度都与I成正比,因此,穿过回路本身所围面积的磁通量也与I成正比,即 ： Φ=LI式中L为比例系数,叫做自感,实验表明,自感L与回路形状,大小以及周围介质的磁导率有关,如果I为单位电流,则L=Φ,可见,,某回路的自感,在数值上等于回路中的电流为一个单位时,穿过此回路所围面积的磁通量.当回路是由N匝线圈构成时,上式为: Ψ=NΦ=LI自感现象这时,N匝线圈的自感,在数值上等于线圈中的电流为一个单位时,穿过此线圈中的磁通匝数.根据电磁感应定律,可知自感电动势为如果回路的形状,大小和周围介质的磁导率都不随时间变化,则L为一常量,因而自感现象自感的意义也可理解为:某回路的自感,在数值上等于回路上的电流随时间的变化率为一个单位时,在回路中所引起的自感电动势的绝对值.自感的单位是亨利,其符号是H
自感现象-分析/自感现象
电灯泡1,2同规格，R=R
L很大（有铁芯）
在S闭合瞬间，灯2立即亮起来，灯1逐渐变亮，最终一样亮。
在开关S断开时，灯A渐渐熄灭（r≥R）或闪亮一下再熄灭（r〈R）。
法拉第电磁感应定律
能量转换情况
电能转化为磁场能
磁场能转化为电能
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再议断电自感现象中线圈的感应电流为何不能超过原来的值
2013年5期目录
&&&&&&本期共收录文章20篇
　　摘 要：众多师生从不同角度分析断电自感实验中的自感电流时得出了“矛盾”的结论，对此极为困惑，而这个问题在高中物理教学中又不得不面对，所以很多人迫切需要有一个合理的解释。结合实践经验及理论分析，对这个问题进行了解答，希望能对广大师生有所帮助。 中国论文网 /9/view-5114122.htm　　关键词：断电自感实验；自感电动势；自感电流；理论与实践 　　高二物理“自感”这一节中有一个演示断电自感的实验，实验电路如下图所示，线圈与灯泡并联，再与电源及开关串联，先闭合开关待电流稳定后突然断开开关，可以观察到小灯泡不像平常那样立即熄灭，而是逐渐变暗，或者闪亮一下再逐渐变暗。我们都知道，灯泡会不会闪亮一下主要取决于断电前线圈的电流I0与灯泡的电流IA的大小关系。这是因为当开关断开时，线圈中的电流要减小，导致穿过线圈的磁通量减小，线圈产生自感电动势，而自感电动势要阻碍电流的减小，因此，线圈中电流不能立即消失，只能慢慢减小，由原来的值I0逐渐减小到零。所以刚断电瞬间，线圈中的电流仍为I0。又因为开关断开后线圈与灯泡构成一个回路，线圈相当于电源，灯泡的电流等于线圈的电流，因此断电瞬间灯泡的电流从原来的IA突然变为反向的I0，并逐渐减小到零。故当I0大于IA时，灯泡就会闪亮一下再逐渐变暗。（为方便后面叙述称之为“分析一”） 　　■ 　　从以上分析我们还知道，断电以后线圈中的电流从I0开始逐渐减小到零，并不会超过原来的值。但很多人从另一个角度分析，又觉得断电以后线圈中的电流可以超过原来的值，他们的理由是：根据自感电动势的公式E=L?■，当L很大时（如通过插入铁芯可以使L大大增加），感应电动势是可以很大的，那么回路中的电流也是可以很大的，应该有可能超过断电前线圈的电流I0。（为方便后面叙述称之为“分析二”）这不是“矛盾”了吗？ 　　我在组织集体备课活动过程中，发现一些教师也有同样的疑问，网络论坛上有此疑问的教师和学生就更多了！虽然也有一些作者写过关于这方面的文章，但大多都不够准确，无法让人满意。我本人也是从一开始的困惑，到亲自到实验室做大量的实验进行验证，再到理论分析，走过一些弯路，但终于还是从根本上解决了这个问题！走的弯路主要有（写出来的目的是为读者们提供借鉴）： 　　首先，很多人不太确定上述两个角度的分析哪个是正确的， 　　虽然倾向于“分析一”，但仍想通过实验进行验证，即验证断电以后线圈中的电流是否真是从I0开始逐渐减小。我也是如此，用过常规器材、示波器、传感器等进行验证，“浪费”了不少时间。 　　其次，后来确定“分析一”并没有问题以后，我转而去测量“分析二”中的自感电动势，这是一项更“艰巨”的工作，我同样用过常规器材、示波器、传感器、非线性元件等进行测量，也参考过很多文章介绍的方法，“浪费”了更多的时间，原因就是受到“定式思维”的影响。当然，也有收获。 　　走过弯路以后有一些感触，说出来与读者共享：（1）不能盲目做实验，要有相应的理论作为指导；（2）要突破定式思维才会有新的发现。下面我们回到正题：为什么“分析二”好像与“分析一”矛盾？ 　　我们先来回顾一下电磁学的一些知识，在刚才的电路图中，假设电源不计内阻，小灯泡的电阻为R，线圈的直流电阻为RL。开关闭合稳定以后，线圈中的电流I0=■，突然断开开关时线圈产生自感电动势eL=-L■，由闭合电路欧姆定律有eL=i（R+RL），联立解微分方程i（R+RL）=-L■，可得：自感电流i=I0-■t。 　　由上述推导可知，刚断电瞬间即t=0时，e-■t=1，回路中的电流为最大值I0，并从I0开始以指数函数规律减小至零。我们看到开关断开以后线圈中的电流确实没有超过断电前的值，所以刚才的“分析一”是正确的。当然，若能用实验验证一下也 　　不错。 　　也有一些文章对电流做了类似的分析，知道“分析一”是正确的，并就此得出结论：不管电动势多大，电流都不会超过断电前的值。但这样也只是从理论上解释了而已，并没有从根本上解决两个分析的“矛盾”（加引号的意思是其实并没有矛盾）。或者说，得出的结论其实并不准确！因此无法让读者满意，究其原因还是受到定式思维的影响。 　　其实，既然知道“分析一”是正确的，那么就可以判断出“分析二”有问题。只要把刚才得出的自感电流的函数表达式i=I0e- 　　■t代入闭合电路欧姆定律eL=i（R+RL），得出自感电动势eL=I0（R+RL）e，我们就会有新的发现！显然，自感电动势也是以指数函数规律减小至零，且刚断电瞬间即t=0时，自感电动势的峰值为I0（R+RL），与断电前线圈的电流I0及小灯泡和线圈的电阻R、RL有关，但与自感系数L无关！这意味着我们如果在线圈中插入铁芯，L大大增加了，但自感电动势的峰值却不变，仍为I0（R+RL）（只插入铁芯并没有改变回路电阻）！这是众多师生没有意识的结果！而如果知道自感电动势峰值不变以后，在线圈和小灯泡构成的回路中（线圈相当于电源），根据闭合电路欧姆定律，容易得出电流的峰值为I0，可以超过灯泡原来的电流（当I0大于IA时），但不会超过线圈原来的电流的值I0！因此，确实是“分析二”有问题，并不会出现矛盾。 　　当然，即使我们改变了线圈的电阻（如通过增加线圈匝数增大L，也增大了RL），我们很容易看到，开关断开前线圈中的电流I1=■t，断开开关自感电动势eL=I1（R+RL）e自感电流i=I1e- 　　■t，均以指数函数规律减小至零。同样，在刚断开开关的瞬间，自感电动势的峰值为I1（R+RL），线圈中自感电流的峰值为I1，也不会超过开关断开前线圈中电流的值I1。 　　上述分析所涉及的理论知识对高中学生要求是高了些，但对上过大学的物理教师来说并不算太难，难就难在很多人没有意识到要去分析这些理论知识作为指导，又由于受到定式思维的影响，总是认为L增大后，自感电动势必然也增大，因此，也没有把“分析一”和“分析二”真正结合起来继续深入分析，而是盲目去做实验，但又由于控制实验条件及测量仪器精度等方面的问题，容易得出一些片面，甚至是错误的结论出来（见我的另一篇文章《论自感电动势定量测量的科学性》），既影响了自己的判断，又可能误导了别人，也造成现在众多师生对这个问题的极为困惑的现状。所以，教师要善于用理论来指导实践，并把理论与实践很好地相结合，这样，我们的实践才会更有效率，更有意义！ 　　（作者单位 福建省石狮石光华侨联合中学）
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自感现象中的电流变化情况研究
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