一.電磁感應(yīng)現(xiàn)象Ⅰ
只要穿過閉合回路中的磁通量發(fā)生變化,閉合回路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流,如果電路不閉合只會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。
這種利用磁場產(chǎn)生電流的現(xiàn)象叫電磁感應(yīng),是1831年法拉第發(fā)現(xiàn)的。
二.感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件Ⅱ
1、回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流的條件是回路所圍面積中的磁通量變化,因此研究磁通量的變化是關(guān)鍵,由磁通量的廣義公式中
(是B與S的夾角)看,
2、閉合回路中的一部分導體在磁場中作切割磁感線運動時,可以產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,感應(yīng)電流,這是初中學過的,其本質(zhì)也是閉合回路中磁通量發(fā)生變化。
3、產(chǎn)生感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流的條件:導體在磁場里做切割磁感線運動時,導體內(nèi)就產(chǎn)生感應(yīng)電動勢;穿過線圈的磁量發(fā)生變化時,線圈里就產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。如果導體是閉合電路的一部分,或者線圈是閉合的,就產(chǎn)生感應(yīng)電流。從本質(zhì)上講,上述兩種說法是一致的,所以產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件可歸結(jié)為:穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化。
三.法拉第電磁感應(yīng)定律 楞次定律Ⅱ
①電磁感應(yīng)規(guī)律:感應(yīng)電動勢的大小由法拉第電磁感應(yīng)定律確定。
如圖所示。
楞次定律是判斷感應(yīng)電動勢方向的定律,但它是通過感應(yīng)電流方向來表述的。按照這個定律,感應(yīng)電流只能采取這樣一個方向,在這個方向下的感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁場一定是阻礙引起這個感應(yīng)電流的那個變化的磁通量的變化。我們把“引起感應(yīng)電流的那個變化的磁通量”叫做“原磁道”。因此楞次定律可以簡單表達為:感應(yīng)電流的磁場總是阻礙原磁通的變化。所謂阻礙原磁通的變化是指:當原磁通增加時,感應(yīng)電流的磁場(或磁通)與原磁通方向相反,阻礙它的增加;當原磁通減少時,感應(yīng)電流的磁場與原磁通方向相同,阻礙它的減少。從這里可以看出,正確理解感應(yīng)電流的磁場和原磁通的關(guān)系是理解楞次定律的關(guān)鍵。要注意理解“阻礙”和“變化”這四個字,不能把“阻礙”理解為“阻止”,原磁通如果增加,感應(yīng)電流的磁場只能阻礙它的增加,而不能阻止它的增加,而原磁通還是要增加的。更不能感應(yīng)電流的“磁場”阻礙“原磁通”,尤其不能把阻礙理解為感應(yīng)電流的磁場和原磁道方向相反。正確的理解應(yīng)該是:通過感應(yīng)電流的磁場方向和原磁通的方向的相同或相反,來達到“阻礙”原磁通的“變化”即減或增。楞次定律所反映提這樣一個物理過程:
楞次定律也可以理解為:感應(yīng)電流的效果總是要反抗(或阻礙)產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因,即只要有某種可能的過程使磁通量的變化受到阻礙,閉合電路就會努力實現(xiàn)這種過程:
(1)阻礙原磁通的變化(原始表述);
(2)阻礙相對運動,可理解為“來拒去留”,具體表現(xiàn)為:若產(chǎn)生感應(yīng)電流的回路或其某些部分可以自由運動,則它會以它的運動來阻礙穿過路的磁通的變化;若引起原磁通變化為磁體與產(chǎn)生感應(yīng)電流的可動回路發(fā)生相對運動,而回路的面積又不可變,則回路得以它的運動來阻礙磁體與回路的相對運動,而回路將發(fā)生與磁體同方向的運動;
(3)使線圈面積有擴大或縮小的趨勢;
(4)阻礙原電流的變化(自感現(xiàn)象)。
利用上述規(guī)律分析問題可獨辟蹊徑,達到快速準確的效果。如圖1所示,
在O點懸掛一輕質(zhì)導線環(huán),拿一條形磁鐵沿導線環(huán)的軸線方向突然向環(huán)內(nèi)插入,判斷在插入過程中導環(huán)如何運動。若按常規(guī)方法,應(yīng)先由楞次定律 判斷出環(huán)內(nèi)感應(yīng)電流的方向,再由安培定則確定環(huán)形電流對應(yīng)的磁極,由磁極的相互作用確定導線環(huán)的運動方向。若直接從感應(yīng)電流的效果來分析:條形磁鐵向環(huán)內(nèi)插入過程中,環(huán)內(nèi)磁通量增加,環(huán)內(nèi)感應(yīng)電流的效果將阻礙磁通量的增加,由磁通量減小的方向運動。因此環(huán)將向右擺動。顯然,用第二種方法判斷更簡捷。
應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向的具體步驟:
(1)查明原磁場的方向及磁通量的變化情況;
(2)根據(jù)楞次定律中的“阻礙”確定感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向;
(3)由感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向用安培表判斷出感應(yīng)電流的方向。
3、當閉合電路中的一部分導體做切割磁感線運動時,用右手定則可判定感應(yīng)電流的方向。
運動切割產(chǎn)生感應(yīng)電流是磁通量發(fā)生變化引起感應(yīng)電流的特例,所以判定電流方向的右手定則也是楞次定律的特例。用右手定則能判定的,一定也能用楞次定律判定,只是不少情況下,不如用右手定則判定的方便簡單。反過來,用楞次定律能判定的,并不是用右手定則都能判定出來。如圖2所示,
閉合圖形導線中的磁場逐漸增強,因為看不到切割,用右手定則就難以判定感應(yīng)電流的方向,而用楞次定律就很容易判定。
要注意左手定則與右手定則應(yīng)用的區(qū)別,兩個定則的應(yīng)用可簡單總結(jié)為:“因電而動”用左手,“因動而電”用右手,因果關(guān)系不可混淆。
四.互感 自感 渦流Ⅰ
互感:由于線圈A中電流的變化,它產(chǎn)生的磁通量發(fā)生變化,磁通量的變化在線圈B中激發(fā)了感應(yīng)電動勢。這種現(xiàn)象叫互感。
自感現(xiàn)象是指由于導體本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢叫做自感電動勢。自感系數(shù)簡稱自感或電感, 它是反映線圈特性的物理量。線圈越長, 單位長度上的匝數(shù)越多, 截面積越大, 它的自感系數(shù)就越大。另外, 有鐵心的線圈的自感系數(shù)比沒有鐵心時要大得多。
自感現(xiàn)象分通電自感和斷電自感兩種, 其中斷電自感中“小燈泡在熄滅之前是否要閃亮一下”的問題, 如圖2所示,
2、由于線圈(導體)本身電流的變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象。在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢叫自感電動勢。
由上例分析可知:自感電動勢總量阻礙線圈(導體)中原電流的變化。
3、自感電動勢的大小跟電流變化率成正比。
L是線圈的自感系數(shù),是線圈自身性質(zhì),線圈越長,單位長度上的匝數(shù)越多,截面積越大,有鐵芯則線圈的自感系數(shù)L越大。單位是亨利(H)。
如是線圈的電流每秒鐘變化1A,在線圈可以產(chǎn)生1V 的自感電動勢,則線圈的自感系數(shù)為1H。還有毫亨(mH),微亨(H)。
渦流及其應(yīng)用
1.變壓器在工作時,除了在原、副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢外,變化的磁通量也會在鐵芯中產(chǎn)生感應(yīng)電流。一般來說,只要空間有變化的磁通量,其中的導體就會產(chǎn)生感應(yīng)電流,我們把這種感應(yīng)電流叫做渦流
2.應(yīng)用:
(1)新型爐灶——電磁爐。
(2)金屬探測器:飛機場、火車站安全檢查、掃雷、探礦。
五.交變電流 描述交變電流的物理量和圖象Ⅰ
1、交流電的產(chǎn)生及變化規(guī)律:
(1)產(chǎn)生:強度和方向都隨時間作周期性變化的電流叫交流電。
矩形線圈在勻強磁場中,繞垂直于勻強磁場的線圈的對稱軸作勻速轉(zhuǎn)動時,如圖5—1所示,產(chǎn)生正弦(或余弦)交流電動勢。當外電路閉合時形成正弦(或余弦)交流電流。
(2)變化規(guī)律:
(1)中性面:與磁力線垂直的平面叫中性面。
線圈平面位于中性面位置時,如圖5—2(A)所示,穿過線圈的磁通量最大,但磁通量變化率為零。因此,感應(yīng)電動勢為零 。
當線圈平面勻速轉(zhuǎn)到垂直于中性面的位置時(即線圈平面與磁力線平行時)如圖5—2(C)所示,穿過線圈的磁通量雖然為零,但線圈平面內(nèi)磁通量變化率最大。因此,感應(yīng)電動勢值最大。
(2)感應(yīng)電動勢瞬時值表達式:
若從中性面開始,感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式:
如圖5—2(B)所示。
感應(yīng)電流瞬時值表達式:
若從線圈平面與磁力線平行開始計時,則感應(yīng)電動勢瞬時值表達式為:
2、表征交流電的物理量:
(1)瞬時值、最大值和有效值:
交流電在任一時刻的值叫瞬時值。
瞬時值中最大的值叫最大值又稱峰值。
交流電的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)規(guī)定的:讓交流電和恒定直流分別通過同樣阻值的電阻,如果二者熱效應(yīng)相等(即在相同時間內(nèi)產(chǎn)生相等的熱量)則此等效的直流電壓,電流值叫做該交流電的電壓,電流有效值。
注意:通常交流電表測出的值就是交流電的有效值。用電器上標明的額定值等都是指有效值。用電器上說明的耐壓值是指最大值。
(2)周期、頻率和角頻率
交流電完成一次周期性變化所需的時間叫周期。以T表示,單位是秒。
交流電在1秒內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)叫頻率。以f表示,單位是赫茲。
六、正弦交變電流的函數(shù)表達式Ⅰ
u=Umsinωt
i=Imsinωt
七.電感和電容對交變電流的影響Ⅰ
①電感對交變電流有阻礙作用,阻礙作用大小用感抗表示。
低頻扼流圈,線圈的自感系數(shù)L很大,作用是“通直流,阻交流”;
高頻扼流圈,線圈的自感系數(shù)L很小,作用是“通低頻,阻高頻”.
②電容對交變電流有阻礙作用,阻礙作用大小用容抗表示
耦合電容,容量較大,隔直流、通交流
高頻旁路電容,容量很小,隔直流、阻低頻、通高頻
八.變壓器Ⅰ
上述各公式中的I、U、P均指有效值,不能用瞬時值。
(3)電壓互感器和電流互感器
電壓互感器是將高電壓變?yōu)榈碗妷海势湓圈并聯(lián)在待測高壓電路中;電流互感器是將大電流變?yōu)樾‰娏鳎势湓圈串聯(lián)在待測的高電流電路中。
(二)解決變壓器問題的常用方法
思路1 電壓思路。變壓器原、副線圈的電壓之比為U1/U2=n1/n2;當變壓器有多個副繞組時U1/n1=U2/n2=U3/n3=……
思路2 功率思路。理想變壓器的輸入、輸出功率為P入=P出,即P1=P2;當變壓器有多個副繞組時P1=P2+P3+……
思路3 電流思路。由I=P/U知,對只有一個副繞組的變壓器有I1/I2=n2/n1;當變壓器有多個副繞組時n1I1=n2I2+n3I3+……
思路4 (變壓器動態(tài)問題)制約思路。
(1)電壓制約:當變壓器原、副線圈的匝數(shù)比(n1/n2)一定時,輸出電壓U2由輸入電壓決定,即U2=n2U1/n1,可簡述為“原制約副”.
(2)電流制約:當變壓器原、副線圈的匝數(shù)比(n1/n2)一定,且輸入電壓U1確定時,原線圈中的電流I1由副線圈中的輸出電流I2決定,即I1=n2I2/n1,可簡述為“副制約原”.
(3)負載制約:①變壓器副線圈中的功率P2由用戶負載決定,P2=P負1+P負2+…;②變壓器副線圈中的電流I2由用戶負載及電壓U2確定,I2=P2/U2;③總功率P總=P線+P2.
動態(tài)分析問題的思路程序可表示為:
思路5 原理思路。變壓器原線圈中磁通量發(fā)生變化,鐵芯中ΔΦ/Δt相等;當遇到型變壓器時有,
ΔΦ1/Δt=ΔΦ2/Δt+ΔΦ3/Δt,
此式適用于交流電或電壓(電流)變化的直流電,但不適用于穩(wěn)壓或恒定電流的情況.
九.電能的輸送Ⅰ
由于送電的導線有電阻,遠距離送電時,線路上損失電能較多。
在輸送的電功率和送電導線電阻一定的條件下,提高送電電壓,減小送電電流強度可以達到減少線路上電能損失的目的。
線路中電流強度I和損失電功率計算式如下:
注意:送電導線上損失的電功率,不能用
求,因為不是全部降落在導線上。
十.傳感器的及其工作原理Ⅰ
有一些元件它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學成分等非電學量,并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等電學量,或轉(zhuǎn)換為電路的通斷。我們把這種元件叫做傳感器。它的優(yōu)點是:把非電學量轉(zhuǎn)換為電學量以后,就可以很方便地進行測量、傳輸、處理和控制了。
光敏電阻在光照射下電阻變化的原因:有些物質(zhì),例如硫化鎘,是一種半導體材料,無光照時,載流子極少,導電性能不好;隨著光照的增強,載流子增多,導電性變好。光照越強,光敏電阻阻值越小。
金屬導體的電阻隨溫度的升高而增大,熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小,且阻值隨溫度變化非常明顯。
金屬熱電阻與熱敏電阻都能夠把溫度這個熱學量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學量,金屬熱電阻的化學穩(wěn)定性好,測溫范圍大,但靈敏度較差。
十一.傳感器的應(yīng)用Ⅰ
1.光敏電阻
2.熱敏電阻和金屬熱電阻
3.電容式位移傳感器
4.力傳感器————將力信號轉(zhuǎn)化為電流信號的元件。
5.霍爾元件
霍爾元件是將電磁感應(yīng)這個磁學量轉(zhuǎn)化為電壓這個電學量的元件。
外部磁場使運動的載流子受到洛倫茲力,在導體板的一側(cè)聚集,在導體板的另一側(cè)會出現(xiàn)多余的另一種電荷,從而形成橫向電場;橫向電場對電子施加與洛倫茲力方向相反的靜電力,當靜電力與洛倫茲力達到平衡時,導體板左右兩例會形成穩(wěn)定的電壓,被稱為霍爾電勢差或霍爾電壓.
1.傳感器應(yīng)用的一般模式


