什么是自感?什么是互感?在实验室中如何测定?
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发布时间：2022-04-23 06:20
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时间：2023-09-14 22:16
自感：由于导体本身电流的变化而产生的电磁感应现象叫作自感现象。
互感：当一线圈中的电流发生变化时，在临近的另一线圈中产生感应电动势，叫作互感现象。互感现象是一种常见的电磁感应现象，不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间，而且也可以发生于任何两个相互靠近的电路之间。
自感影响：
好处：自感现象在电工无线电技术中应用广泛。自感线圈是交流电路或无线电设备中的基本元件，它和电容器的组合可以构成谐振电路或滤波器，利用线圈具有阻碍电流变化的特性可以稳定电路的电流。
坏处：自感现象有时非常有害，例如具有大自感线圈的电路断开时，因电流变化很快，会产生很大的自感电动势，导致击穿线圈的绝缘保护，或在电闸断开的间隙产生强烈电弧，可能烧坏电闸开关，如周围空气中有大量可燃性尘粒或气体还可引起爆炸。这些都应设法避免。
以上内容参考：
百度百科-互感
百度百科-自感
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设闭合回路中的电流强度为i，根据毕奥-萨伐尔定律，空间任意一点的磁感强度B的大小都和回路中的电流强度i成正比，因此穿过该回路所包围面积内的磁通量 也和i 成正比，即 比例系数L叫做回路的自感系数，简称自感。
自感系数L 的单位为H，称为亨利，简称亨 。从上式可见，某回路的自感系数L在数值上等于这回路中的电流强度为1安培时，穿过这回路所包围面积的磁通量。
自感系数与回路电流的大小无关，决定线圈回路自感系数的因素是：线圈回路的几何形状、大小及周围介质的磁导率。
按法拉第电磁感应定律，回路中所产生的自感电动势可用自感系数L 表示为 由公式可知，自感系数L的物理意义。自感系数表征了回路本身的一种电磁属性。任何回路中只要有电流的改变，就必将在回路中产生自感电动势，以反抗回路中电流的改变。显然，回路的自感系数愈大，自感的作用也愈大，则改变该回路中的电流也愈不易。换句话说，回路的自感有使回路保持原有电流不变的性质，这一特性和力学中物体的惯性相仿。因而，自感系数可认为是描述回路“电磁惯性”的一个物理量。 关于自感现象，我们可以用下述两个实验的对比来观察。在左图所示的电路中，直流电路中只串接了一个白炽灯泡R。在右图所示的电路中，直流电路中还多串接了一个自感系数L较大的线圈，这一电路称为L-R电路。通过按下和打开电键，可以看到灯泡明、暗的变化，以及电流计G的指针所显示的回路电流的变化。在上述自感现象演示中看到，由于自感电动势的存在，当接通电源时，电流由零增到稳定值要有一个过程；同样，切断电源时，电流由稳定值衰减到零，亦需一个过程。这些过程都称为L-R电路的暂态过程。
将电键合向2,接通电源电动势为 的电源，电流从零开始增加，线圈中存在自感电动势 ，于是电路中同时存在着两个电动势 和 。按闭合电路的欧姆定律，在任一时刻有，即 将这个微分方程进行变量分离，并考虑到初始条件： 时， ，两边积分 即可得电流增长关系 由上式可知， 时， ； 时， ，电流达到稳定值 时， ， 称为 R-L 电路的时间恒量。L-R 电路的电流变化规律为：1．按下电键，电路中电流i随时间t增长的规律为 2．打开电键，电路中电流i随时间t衰减的规律为 自感应用在许多电器设备中，常利用线圈的自感起稳定电流的作用。例如，日光灯的镇流器就是一个带有铁芯的自感线圈。众所周知，日光灯不能直接连接在电源上，必须配用镇流器和起动器。在图右所示的日光灯电路中，灯管两端的灯丝电极与起动器、镇流器串联后，接入交流电源。 起动器实际上是一个双金属片继电器，双金属片是由两种热膨胀性质不同的金属片铆在一起制成的。当温度升高时，其中一片比另一片膨胀较多，使双金属片向上弯曲，与静触片接触而使电路导通；尔后，温度下降，双金属片下弯，使触点分开。
当接通电源后，由于这两个触片是常开的，因而电源的电压全部加在起动器的两个触片上，引起辉光放电，例如，在充有稀薄气体的玻璃管中封入两个板状电极，当电极上的电压达到近千伏时，气体发生自激导电而在管内出现美丽的发光现象，这就是辉光放电。触片便被加热到800℃～1000℃而膨胀，使触点闭合，整个电路就导通。由于电流的热效应，灯丝就发射电子，且使管内充有的水银蒸气温度升高，导致水银蒸气电离。这时，起动器两触点已闭合，辉光放电停止，双金属片便冷却而恢复原状，又与静触片脱离，切断了电路；与此同时，镇流器因电流中断而在其两端产生一个很高的自感电动势，使管内的两个灯丝电极间的电压骤增，管内水银蒸气在强电场作用下全部电离，发生辉光放电，辐射出紫外线，被涂在管壁上的荧光粉吸收，发出颜色近似于日光的可见光。灯管点燃后，管内电阻甚小，只允许通过较小的电流，否则会烧毁灯管，这时要求灯管上的电压远低于电源电压。于是，又得借助于镇流器的自感作用，来*流过灯管的电流。
此外，在电工设备中，常利用自感作用制成自耦变压器或扼流圈。在电子技术中，利用自感器和电容器可以组成谐振电路或滤波电路等。
另一方面，通常在具有相当大的自感和通有较大电流的电路中，当扳断开关的瞬时，在开关处将发生强大的火花,产生弧光放电现象，亦称电弧。电弧发生的高温，可用来冶炼、熔化、焊接和切割熔点高的金属，温度可达2000℃以上，有破坏开关、引起火灾的危险。因此通常都用油开关，即把开关放在绝缘性能良好的油里，以防止发生电弧。例题1：求长直载流螺线管的自感系数解：设长直螺线管的长度为l，横截面积为S，总匝数为N，假设通有电流i，则螺线管内的磁感强度为 式中， 为充满螺线管内磁介质的磁导率。则通过螺线管中每一匝的磁通量为 通过N匝螺线管的磁链为 根据自感的定义式（1），可得螺线管的自感系数为 设 为螺线管上单位长度的匝数， 为螺线管的体积，则上式还可写为 由此二式看来，某个导体回路的自感系数只由回路的线圈匝数、大小、形状和介质的磁导率所决定，与回路中有没有电流无关。因此，和电容C、电阻R等一样，自感L也是表征电路元件本身电磁特性的一个物理量。各种不同的线圈具有不同的自感。例题2如图所示，设有一电缆，由两个"无限长"同轴圆筒状的导体组成，其间充满磁导率为μ 的磁介质．某时刻在电缆中沿内圆筒和外圆筒流过的电流强度i相等，但方向相反．设内、外圆筒的半径 分别为 R1和R2 ，求单位长度电缆的自感系数。 解：
应用有磁介质时磁场的安培环路定理可知，在内圆筒以内及在外圆筒以外的区域中，磁场强度均为零．在内、外两圆筒之间，离开轴线距离为 处的磁场强度为
今任取一段电缆，长为 ，穿过电缆纵剖面上的面积元 的磁通量为
对某一时刻而言，i为一定值，则长度为l的两圆筒之间的总磁通量为
按 ，可得长度为 l的这段电缆的自感系数为
由此，便可求出单位长度电缆的自感系数为 互感现象设有两个邻近的导体回路1和2，分别通有电流 和 （如下图）。 激发一磁场，这磁场的一部分磁感线要穿过回路2所包围的面积，用磁通量 表示。当回路1中的电流 发生变化时， 也要变化，因而在回路2内激起感应电动势 ；同样，回路2中的电流 变化时，它也使穿过回路1所包围面积的磁通量 变化，因而在回路1中也激起感应电动势 。上述两个载流回路相互地激起感应电动势的现象，称为互感现象。假设上面两个回路的形状、大小、相对位置和周围磁介质的磁导率都不改变，则根据毕奥-萨伐尔定律，由 在空间任何一点激发的磁感强度都与 成正比，相应地，穿过回路2的磁通量 也必然与 成正比，即 同理，有 式中， 和 是两个比例系数，它们只和两个回路的形状、大小、相对位置及其周围磁介质的磁导率有关，可以证明， ，M称为两回路的互感系数，简称互感。 由上式可知，两个导体回路的互感在数值上等于其中一个回路中的电流强度为1单位时，穿过另一个回路所包围面积的磁通量。在国际单位制中，互感系数的单位与自感相同，都是H（亨利）。
互感系数的计算一般很复杂，常用实验方法来测定。
应用法拉第电磁感应定律，可以决定由互感产生的电动势。 如图所示，若已知两个回路的互感为M，则回路1中电流 在回路2中产生的磁通量 和回路2中电流 在回路1中产生的磁通量 可简化为 若上述回路1中电流强度 发生变化，在回路2中产生的感应电动势为 同理，若回路2中电流强度 发生变化，在回路1中产生的感应电动势为 根据上述（a）和（b）两式，可以规定互感系数的单位：如果在两个导体回路中，当一个回路的电流强度改变率为 时，在另一回路中激起的感应电动势为1V，则两个导体回路的互感系数规定为1H，这与自感系数的单位是相同的。互感应用互感在电工和电子技术中应用很广泛。通过互感线圈可以传递能量或信号；利用互感现象的原理可制成变压器、感应圈。但在有些情况中，互感也有害处。例如，有线电话往往由于两路电话线之间的互感而有可能造成串音；收录机、电视机及电子设备中也会由于导线或部件间的互感而妨害正常工作。这些互感的干扰都要设法尽量避免。 感应圈是工业生产和实验室中用直流电源获得高压的一种装置。它与互感器的唯一区别在于多了一个继断器。
感应圈的工作原理如图：闭合电键K，使电流通过初级线圈，铁心因被磁化而吸引小铁锤M，使M与螺钉D分离，电路重被切断。电路一旦被切断，铁心的磁性消失，M在弹簧片的弹力作用下又重新和螺钉D相接触，于是电路重新被接通。这样，由于断续器的作用，初级线圈电路的接通和断开，将自动地反复进行，将导致初级线圈中的电流不断地变化。这样，通过互感，在次级线圈中产生感应电动势。由于次级线圈的匝数远远多于初级线圈的匝数，所以在次线圈中能获得高达1万到几万伏的电压。这样高的电压，足以使ab间产生火花放电现象。涡电流如图所示，在圆柱形铁芯上绕有螺线管，通有交变电流 i，随着电流的变化，铁芯内磁通量也在不断改变。我们把铁芯看作由一层一层的圆筒状薄壳所组成，每层薄壳都相当于一个回路。由于穿过每层薄壳横截面的磁通量都在变化着，因此，在相应于每层薄壳的这些回路中都将激起感应电动势（这样产生的感应电动势属于感生电动势），并形成环形的感应电流，即涡电流，以 表示。在金属圆柱体上绕一线圈，当线圈中通入交变电流时，金属圆柱体便处在交变磁场中。由于金属导体的电阻很小，涡电流很大，所以热效应极为显著，可以用于金属材料的加热和冶炼。
在放有铁芯的螺线管内通入交变电流 ，按毕奥-萨伐尔定律，电流产生的磁感强度 ，则其变化率为 对给定的铁芯横截面积 S 来说，穿过的磁通量为 ，故感生电动势 与频率 成正比，即 又由闭合电路的欧姆定律， ，即 ，由上式可知，涡电流强度与交变电流的频率成正比，即 根据焦耳定律的热效应公式 ，故涡电流产生的热量与交变电流的频率有关，即 因此，采用高频交流电就可以在金属圆柱体内汇集成强大的涡流，释放出大量的焦耳热，最后使金属自身熔化。这就是高频感应炉的原理。 另一方面，导体中发生涡电流，也有有害的方面。在许多电磁设备中常有大块的金属部件，涡电流可使铁芯发热，浪费电能，这就是涡流耗损。1．电磁阻尼 涡电流还可以起到阻尼作用。利用磁场对金属板的这种阻尼作用，可制成各种电动阻尼器，例如磁电式电表中或电气机车的电磁制动器中的阻尼装置，就是应用涡电流实现其阻尼作用的。
2．电磁驱动 这是对"电磁阻尼作用起着阻碍相对运动"的另一种形式的应用。感应式异步电动机就利用了这一基本原理。
