自感现象及其应用分析

发布时间:2024-03-10
自感现象是电磁感应现象中的一种特殊情形——是在导体本身的电
足够大。即自感线圈要长,匝数要多,截面积要大,并要有铁心。同时,也要注意线圈不能有过大的电阻,否则也会使自感电流过小而自感现象不明显。
方法一
器材 自制线圈,2.2v小电珠2个,50ω滑动变阻器,2v铅蓄电池3个,电键,导线等。
线圈的制作方法
铁芯选用22mmei型硅钢片(图a),叠厚40mm左右。用绝缘纸板做一个与铁芯相配合的绕线框架(图b)。用φ为0.40mm左右的漆包线在绕线框架上绕800匝,抽一个头,再绕400匝。然后将硅钢片交叉插入,制成一个有铁芯的线圈(图c)。
操作
(1)按图(d)连接电路,线圈的1200匝全部用上,电源用6v。
(2)合上电键k,调节变阻器r2,使小灯a1和a2的明亮程度相同。调节r1,使a1、a2正常发光。然后断开k。
(3)合上k,可见到a2立刻正常发光,而a1却是逐渐亮起来。说明l的自感现象。
(4)按图(e)连接电路,l用400匝,电源用4v。
(5)合上电键k,调节r,使小灯a比正常发光稍暗一些。
(6)断开k,可看到a灯突然更亮一下才熄灭,这是l的自感电动势引起的。
方法二
目的 断电自感现象的演示。
器材 自感线圈(也可用日光灯镇流器,规格是15—40w任意一种),直流电源(3—4v),氖泡(日光灯启动器或试电笔中的氖泡s),电键,导线等。
操作
(1)接通k,氖泡不亮。(一般氖泡需几十v以上的最低电压才能放电)。
(2)断开k,因自感线圈(日光灯镇流器)产生的自感电动势可达200v左右,使氖管起辉。
(3)如果把电键快速反复接通和断开,可看到氖泡连续发光。为了操作方便,可以用一个金属导体和齿轮簧片式电路断续器k′,代替电键k,只要旋转电路断续器,氖泡即可较稳定地发亮。可长时间观察瞬间断电自感现象。
说明 实验时,如果两手同时接触日光灯镇流器两端,断开电键时会受到较强烈的电击,因时间极短暂,无害人体,但却可使学生有更深刻的印象。
方法三
器材 带铁芯线圈(可用2只40w日光灯镇流器串联),发光二极管3只(红色发光二极管2只:d1、d2;绿色发光二极管1只:d3),滑动变阻器(0—300φ),定值电阻器(20φ、1/2w),电池组(3v),导线等。
操作
(1)将(a)图中的器材安装在示教板上,将滑动变阻器w的滑动片放在阻值最大的位置。
(2)闭合电键k,则d1、d2发出红色光,调整滑动变阻器w的滑动片位置,使d1和d2的亮度相近。
(3)每次闭合电键k时,d2比d1延迟发光。以此验证通电时的自感现象。
(4)每次断开k时,d1、d2熄灭,d3发出绿光,以此验证断电时的自感现象。
注意
(1)带铁芯线圈的选择是本实验的关键,线圈的自感系数不能太小,否则d2的发光延迟时间将难以分辨。
(2)电源电压大于2v就能工作,正常工作电压为3v,以两节干电池串联较好。如用稳压电源时,不能用稳压电源的电源开关代替电路中的电键k,因为稳压电源的输出端接有滤波电解电容器,在稳压电源开关切断交流电源后仍有逐渐减小的电流供给电路,使线圈中的电流不是突然减小,无法使d3在断电时发光。
说明 本实验也可以用如图(b)所示的电路。l可用40w日光灯镇流器,s1、s2、s3是三只白炽灯,d1、d2用两只2d2系列二极管。
方法四
器材 日光灯和镇流器(15—40w),发光二极管2只(绿色发光二极管d1,红色发光二极管d2),定值电阻1只r(100—200φ),电源(3v),电键,导线等。
操作 按图接通电路,k闭合,d1发光;k断开,d1熄灭,d2被线圈l的自感电动势点亮发光。
说明
(1)利用发光二极管正常发光时工作电流极小(小于20ma)的特点,容易做成断电自感现象的实验。
(2)根据发光二极管d2的正向导通方向,可以判别感应电流的方向。
方法五
器材 晶体管收音机输出变压器(用初级),检流计,电阻(r为15ω、r′为61ω),电键,电池,导线若干、滑动变阻器(56ω),导线等。
操作
(1)按图连接电路。闭合电键k,调节变阻器w使检流计的指针在中间零点的位置,然后去掉保护电阻r′,进一步调好平衡。
(2)断开电键的瞬间,见到检流计的指针偏转一下,说明断电时的自感现象,并可断定自感电动势的方向。
(3)闭合电键的瞬间,见到检流计的指针向相反方向偏转一下,说明通电时的自感现象,也可以断定自感电动势的方向。
方法六
器材 变压器原理说明器,教学示波器,单刀开关,蓄电池组,导线等。
操作
(1)将j2425型变压器原理说明器中的线圈套在铁芯上(0—400匝线圈)构成有较大自感的有铁芯线圈l,再将小灯泡(6.3v、0.15a)和蓄电池组(电压4v)、单刀开关及教学用示波器如图(a)连接。
(2)调节示波器,使输入开关置于“dc”档,“y衰减”旋钮旋到“1000”档,“y增益”旋钮旋到适当位置,“扫描频率”旋钮旋到“100—1khz”档,“扫描微调”旋钮在任何位置均可。用“垂直位移”旋钮将扫描线调到荧光屏的中央d位置。调节“辉度”与“聚焦”旋钮,使水平扫描线清晰并有适当亮度。
(3)合上开关k瞬间,可见水平扫描线先跳至b位置,随即回到a位置(图b)。说明在接通瞬间,l上有较大的自感电动势,电源路端电压较大。正常导通以后,l的直流电阻较小,电源路端电压降低。
(4)当切断电源时,可见水平扫描线先跳至c位置,随即回到d位置。cd间的距离远大于ab之间的距离。说明在切断电源瞬间,线圈中产生了方向与线圈中原电流方向相同,大小远大于u的自感电动势。
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