自感现象及其应用分析

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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

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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。

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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。

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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。

自感现象及其应用分析自感现象及其应用分析

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。

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(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

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(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。

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(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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