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电磁感应与电磁波
导入 神奇的电磁波
在我们周围，电磁波无处不在。虽然我们看不到、听不见电磁波，却能通过它进行语音或视频聊天，获取海量信息，远程遥控空调，指挥机器人上门服务，遥测人群体温，给交通工具导航等。 那么电磁波是怎样产生的？电磁波是怎样服务人类的呢？它围绕在我们周围会对健康造成影响吗？本章我们将通过学习电磁感应与电磁波来寻找答案。
在电工电子技术中，常需要升高或降低电压，这是利用变压器这种设备实现的。变压器升高或降低电压利用了互感现象。本节，我们将学习互感现象和变压器的相关知识。
第四节 互感及其应用
什么是互感现象？下面，我们通过实验来认识它。
一、互感现象
第四节 互感及其应用
做中学
互感现象
将两个线圈穿在同一根铁芯上相互靠近，如图 9-18 所示。将 A 线圈的两端通过开关，与一节干电池组成闭合电路；将 B 线圈的两端与一电流计（G 表）连接。当闭合或断开开关时，仔细观察电流计指针偏转情况。
从实验可知，当闭合或断开开关时，电流计指针会发生偏转，表明 线圈有感应电流。两个线圈之间没有导线相连，当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化磁场在另一个线圈中会产生感应电动势，这种现象称为互感，产生的感应电动势称为互感电动势。
一、互感现象
第四节 互感及其应用
在互感现象中，感应电动势不仅与另一个线圈中电流改变的快慢有关，也与两个线圈的结构、是否带铁芯以及它们之间的相对位置有关。铁芯可以大大增强磁性，把两线圈套在一根铁芯上，可以大大增强两线圈间的互感现象。
利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈，这在电力工程和电子电路中有着广泛的应用。但是互感现象有时会影响电路的正常工作，这时要设法减小电路间的互感。
一、互感现象
第四节 互感及其应用
变压器（图 9-19）是一种升高或降低交变电流电压的装置。变压器的种类虽然很多，但内部结构基本相似，主要由闭合的铁芯和绕在铁芯上的两个或两个以上的线圈组成。通常把与电源相连的线圈称为原线圈或初级线圈，与负载相连的线圈称为副线圈或次级线圈。两绕组变压器符号如图 9-20 所示。
二、变压器的工作原理
第四节 互感及其应用
变压器是利用互感现象工作的，图 9-21 为其工作原理示意图。当原线圈两端加上交变电压 时，原线圈中的交变电流在铁芯中产生交变的磁场，穿过副线圈的磁通量也随之变化，使副线圈产生感应电动势。如果副线圈的电阻可以忽略不计，可近似认为这个电动势就等于副线圈两端的电压 。
二、变压器的工作原理
第四节 互感及其应用
从实验和理论可以得到，变压器原、副线圈电压之比近似等于其匝数之比。对于铁芯中磁感线的外漏和线圈的电阻都忽略不计的理想变压器来说，其原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比
当 时，，这种变压器称为升压变压器；当时，，这种变压器称为降压变压器。
二、变压器的工作原理
第四节 互感及其应用
由于理想变压器本身消耗的能量可忽略不计，因此变压 器输入的电功率 等于由副线圈输出给负载的电功率 ，即。
电功率 ，因此有 ，得到变压器原、副线 圈中电流之比
可见，在变压器工作时，通过原、副线圈的电流与两线圈的匝数成反比。变压器的高压线圈匝数多而通过的电流小，可用较细的导线绕制；低压线圈匝数少而通过的电流大，一般用较粗的导线绕制。
二、变压器的工作原理
第四节 互感及其应用
变压器广泛应用于各类用电器和电力系统中。各种用电器都是按照一定的工作电压设计的，电压过低或过高，用电器都不能正常工作，甚至损坏。为保证用电器在一定电压下工作，就需要利用变压器进行变压。图 9-22 是家用电器中常用的变压器。
三、变压器的应用
第四节 互感及其应用
变压器在电力系统中是不可缺少的设备。从发电站发出的电能，一般都要通过输电线路送到各个用电地方。输电时，先利用变压器把电压升高；输送到用电地方，再利用变压器把电压降低。在我国，常采用 110 kV、220 kV、330 kV 和 550 kV 等高压方式将电能从发电厂经变电站输送给用户（图 9-23）。
三、变压器的应用
第四节 互感及其应用
为什么要采用高压输电？这是因为电流流过输电导线时，电流的热效应引起的电功率损失 。要减少输电时的电 功率损失，需要减小输电线电阻和输电电流。
根据电阻定律 可知，在输电线长度一定的情况下，可采用电阻率小的材料做导线，如铜、铝等金属材料；还可增大导线的横截面积，但这是有限度的。因损失的电功率与电流的二次方成正比，减少电功率损失的最好办法是减小输电导线中的电流。由 可知，在保证输送电功率 不变的情况下，必须提高输电电压 ，才能减小电流 。因此，远距离输电通常采用高压输电。
三、变压器的应用
第四节 互感及其应用
漏电保护器
漏电保护器是电力设备中常用的元件，它也是利用了互感现象。如图 9-24 所示，被保护的两根输电线（火线、零线）绕在闭合铁芯上，两线圈匝数相同，构成互感器的原线圈 ，绕在铁芯上的线圈 构成互感器的副线圈。如果电路未发生漏电，则两根输电线的电流等大反向，铁芯内的磁通量为零，副线圈 不会产生感应电动势。
三、变压器的应用
第四节 互感及其应用
工匠宝典
漏电保护器
如果电路发生了漏电（流到大地），则两根 输电线的电流大小不同，铁芯内的磁通量不为零，便在副线圈 中 产生感应电动势， 回路便有了电流，从而电磁铁控制跳闸开关切断输电线路，实现漏电保护。
三、变压器的应用
第四节 互感及其应用
工匠宝典
作业与活动
第四节 互感及其应用
1. 某小型变压器的原副线圈的匝数比为 10∶1，当输入电压为 2200 V 时，请计算输出电压为多少。
2. 某家用电器上的一只小变压器可视为理想变压器，其原线圈的匝数为 2200 匝，副线圈的匝数为 90 匝，当它接在 220 V 的照明电路上工作时，副线圈两端电压为多少？如果仅通过观察，你能辨认哪个线圈为副线圈吗？
项目任务与实践活动
第四节 互感及其应用
3. 拆解废旧的变压器，分析其结构和工作原理，并与同学交流。
4. 涡流是一种特殊的电磁感应现象，在生产生活中有较多应用。通过查阅资料，弄清涡流的产生原理，了解在生产生活中的应用。拆解废旧电磁炉，了解其结构和原理。写出研究报告。

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