资源简介 自感电动势大小的计算问题在断电自感现象中,断电瞬间,自感电动势的大小应该如何计算呢?乍一看来,断电瞬间电流的变化率是不方便确定的,因此即便线圈自感系数 L已知,也不方便计算自感电动势的大小。一、问题的解决其实,只要明白自感电路也是一个电路问题,电路问题就必然遵循闭合电路欧姆定律,于是这个问题就迎刃而解了。设断电之前,通过电感线圈的电流为 I0,断电瞬间,由楞次定律可知,电流变化产生的自感电动势要阻碍电流的变化,即线圈回路的电流只能从原来的值 I0逐渐变化。由闭合电路欧姆定律,有EI0 ?自 , 即: E ? I (R ? r)R ? r 自 0其中 r为线圈电阻,R为线圈回路其余部分的电阻。由此式易知,断电瞬间的自感电动势的大小,取决于原来通过电感线圈的电流和线圈回路的总电阻;如果线圈回路的总电阻大,则自感电动势大,线圈回路的总电阻小,则自感电动势小;对于线圈回路在断电瞬间是断路的情况(电动机、日光灯电路断电就属于这种情形),则回路总电阻几乎为无穷大,自感电动势将很高,极易出现击穿空气、发生火花放电的现象。断电后一段时间内,自感电动势和线圈回路电流均满足闭合电路欧姆定律,即:Ei ? 自 , 即: E自 ? i(R ? r)R ? r二、结论的理解Δi有人或许会对上述结论产生疑问:自感电动势的决定式不是E自=L 么?按上述分析,断电瞬间的自Δt感电动势大小与自感系数 L的大小根本就没有关系了,而计算自感电动势也居然不需要电流对时间的变化Δi E =L Δi率 了!那么,这个 自 还有存在价值么?而且,由 E自=LΔi I (R r) Δi I0 (R ? r)? ? 可得: ? ,Δt Δt Δt 0 Δt L这个表达式又如何理解呢?1、两点常识要回答上述疑问,必须首先知道两点常识,其一,电感线圈是一个储能设备,其储存的磁场能与自感1系数 L 和通过线圈的电流 I 2的关系为: EL ? LI ;其二,电路中消耗电能的快慢,也就是热功率为2P ? I 2 (R ? r),电流越大,电能消耗越快。2、问题解决2断电瞬间,线圈回路中的热功率为 P ? I0 (R ? r) ,线圈回路总电阻 (R ? r) 越大,磁场能转化为电能1 2也就越快,线圈中的磁场能消耗也就越快,由 EL ? LI ,线圈中的电流减小得也就越快;另一方面,由2E 1L ? LI2可知,线圈自感系数 L越大,相同磁场能的损耗,引起的电流变化自然就小些。这就是表达式2Δi I0 (R ? r)? 所蕴含的物理意义。Δt L从数学定量角度可做如下分析:dE d(1 Li2)P ? ? 2 ? Li didt dt dt2而 P ? i (R ? r)di i(R ? r)联立,有: ?dt Li I Δi I0 (R ? r)断电瞬间 ? 0 ,有: ?Δt L3、拓展延伸2 1 2进一步说,断电前线圈中的电流 I0越大,由P ? I0 (R ? r) 也容易看出,磁场能消耗越快,由 EL ? LI2可知,线圈中电流变化也就越快。2再进一步说,随着时间的推延,磁场能消耗越来越多,线圈中电流就越来越小,由 P ? i (R ? r) 可知,电路中的电功率也就越来越小,磁场能消耗也就越来越慢,电流变化率也就越来越小,也就是di i(R ? r)? 。dt Lu ? E而对于通电自感现象,由欧姆定律,有: i ? 自 ,其中,R为线圈支路除线圈电阻 r外其余部分R ? rU0 ? E的总电阻。由楞次定律,通过线圈的电流只能从原来的值 0 逐渐增加,因此,通电瞬间 i=0,则由 i ? 自R ? rE U Δi Δi U可知, ? 0 ,即通电瞬间,线圈中产生的自感电动势等于外加电压;由E自=L ?U 0 ,可得 ?0 ,自 Δt Δt LΔi即此时电流对时间的变化率取决于外加电压 U0和线圈自感系数 L,外加电压越大, 越大——这也是很Δt1 2好理解的,因为外加电压越大,外电路给线圈充入磁场能的动力就越足,自感系数 L越大,由 EL ? LI2u ? E可知充能引起电流增加越困难。由 i ? 自 与 E =L Δi Δi u ? i(R ? r)联立可得 ? ,可以这样理解——R ? r 自 Δt Δt L1 2随着给线圈充入磁场能的增加(由 EL ? LI 可知,通过线圈的电流 i增加),用于增加磁场能的动力2uL ? u ? i(R ? r) 越来越小,所以,线圈电流增加越来越慢。 展开更多...... 收起↑ 资源预览