發(fā)電站的電壓如何轉(zhuǎn)換成高壓輸送到各地，在生活區(qū)附近又如何降低為生活電壓呢？
我們知道，只要穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化，回路中就 會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流。如果閉合回路中的導(dǎo)體或者線圈 本身的電流變化導(dǎo)致磁通量變化，又將出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢？
線圈中電流發(fā)生變化，是否也會(huì)在自己的回路里產(chǎn)生電動(dòng)勢？
當(dāng)一個(gè)線圈中的電流變化時(shí)，它產(chǎn)生的變化的磁場激發(fā)出本身感應(yīng)電動(dòng)勢。這種現(xiàn)象稱為自感，由于自感而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢叫做自感電動(dòng)勢。
【觀察與體驗(yàn)】通電自感現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)
當(dāng)線圈中電流突然增大時(shí)，線圈中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與原電流方向相反的感應(yīng)電流，阻礙線圈中原電流的變化。
自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢。
當(dāng)一個(gè)線圈中的電流變化時(shí)，它所產(chǎn)生的變化的磁場在線圈本身激發(fā)出感應(yīng)電動(dòng)勢的現(xiàn)象。
L 稱為線圈的自感系數(shù)，簡稱自感或電感，單位為H（亨）。
自感電動(dòng)勢的大小與線圈本身電流變化的快慢有關(guān)。用公式可表示為
在生產(chǎn)生活中有很多自感現(xiàn)象的應(yīng)用。如熒光燈、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火、煤氣灶電子點(diǎn)火器等都是利用了斷電自感產(chǎn)生高壓的原理。
燈管內(nèi)充有稀薄的水銀蒸氣和微量的惰性氣體，管壁涂有熒光粉，當(dāng)水銀蒸氣導(dǎo)電時(shí)發(fā)出紫外線，熒光粉受到紫外線照射后發(fā)出可見光。
關(guān)鍵部分是繞在閉合鐵心上的線圈，斷電時(shí)會(huì)產(chǎn)生自感現(xiàn)象，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。
觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，你能解釋為什么嗎？
為什么能聽見由手機(jī)輸出的聲音？
利用互感現(xiàn)象可以把能量從一個(gè)線圈傳遞到另一個(gè)線圈，因此在電工技術(shù)和電子技術(shù)中有廣泛應(yīng)用。如變壓器就是利用互感現(xiàn)象制成的。
互感現(xiàn)象不僅發(fā)生于繞在同一鐵芯上的兩個(gè)線圈之間,而且可以發(fā)生于任何兩個(gè)相互靠近的電路之間。在電力工程中和電子電路中，互感現(xiàn)象有時(shí)會(huì)影響電路的正常工作，要設(shè)法減小互感。
【觀察與體驗(yàn)】 兩個(gè)線圈的電磁感應(yīng)現(xiàn)象
當(dāng)線圈A中電流變化時(shí)，在線圈B中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的電磁感應(yīng)現(xiàn)象稱為互感現(xiàn)象，互感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢稱為互感電動(dòng)勢。
它不僅發(fā)生于繞在同一個(gè)鐵心的兩個(gè)線圈之間，也可以發(fā)生在任何兩個(gè)相互靠近的電路之間。
在互感現(xiàn)象中，兩個(gè)回路并沒有直接產(chǎn)生電的聯(lián)系，而是通 過磁的聯(lián)系把能量從一個(gè)線圈傳遞到另一個(gè)線圈。
電能在線圈A中轉(zhuǎn)換為磁能，并傳遞到線圈B，在線圈B回路中將磁能轉(zhuǎn)換為電能，符合能量守恒定律。
生產(chǎn)生活中各種用電設(shè)備工作時(shí)的電壓往往是不同的，為了 適應(yīng)各種需求，需要將交變電流的電壓升高或降低。怎樣實(shí)現(xiàn)電 壓的高低變換呢？
主要由閉合鐵心和繞在鐵心上的兩個(gè)線圈組成。
一個(gè)線圈與交流電源連接，稱為一次繞組；另一個(gè)線圈與負(fù)載連接，稱為二級(jí)繞組。線圈由漆包線繞制而成，鐵心由涂有 絕緣漆的硅鋼片疊壓而成。
變壓器的工作原理是互感，一次繞組流過交變電流時(shí)，由于 電流的大小、方向在不斷變化，所以電流激發(fā)出的磁場也在不斷 變化，變化的磁場在二次繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。在輸入電壓一 定時(shí)，當(dāng)一次、二次繞組的匝數(shù)不同時(shí)，二次繞組輸出的電壓也 不同。
在忽略一次、二次繞組的電 阻和各種電磁能量損失的情況下，一次、二次繞組的電壓之比等 于這兩個(gè)線圈匝數(shù)之比，用公式表示為
變壓器在工作時(shí)，線圈中有電阻，電流通過會(huì)產(chǎn)生焦耳熱損耗一小部分能量，鐵心在交變磁場中激發(fā)出的感應(yīng)電流也會(huì)產(chǎn)生熱量，這些因素都會(huì)導(dǎo)致能量的損失。
把忽略原、副線圈的電阻和各種電磁能量損失的變壓器稱為理想變壓器，它是一個(gè)理想化的模型。
示例：某手機(jī)的無線充電器基本原理類似于變壓器。充電系統(tǒng)由發(fā) 射器和接收器組成，分別有一發(fā)射線圈和接收線圈，其電路示意 圖如圖所示。已知發(fā)射、接收線圈的匝數(shù)比n1∶n2=22∶1， 若輸入端電壓為U1=220 V，試計(jì)算充電器輸出端電壓U2的大小。
解 將無線充電器看成理想變壓器，根據(jù)理想變壓器一次、 二次電壓關(guān)系式
可得無線充電器的輸出電壓大小為
遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，由于輸電導(dǎo)線有電阻，有一部分電能轉(zhuǎn)換為熱能，導(dǎo)致輸電導(dǎo)線上有功率損失。
根據(jù)導(dǎo)線的發(fā)熱功率P=I2R 可知，減少功率損失的方法有兩種：
一是減小輸電導(dǎo)線的電阻。二是減小輸電導(dǎo)線中的電流。

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中職物理高教版（2021）電工電子類電子課本

第二節(jié) 自感 互感

版本： 高教版（2021）

年級(jí)： 電工電子類

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