一 、自感

实训与思考17

◆按如图4-64所示接好电路。

◆实验一：迅速合上开关S，观察现象。____。

◆实验二：合上开关S，待电路稳定以后迅速断开开关S，观察现象。____。

图4-64 自感实验

a）实验一 b）实验二

在图4-64a所示的实验中，当开关S闭合的瞬间，HL₂灯正常发光，而HL₁灯逐渐变亮。这是因为开关S闭合的瞬间，通过线圈L的电流突然增大，穿过线圈L的磁通也随着增大。按电磁感应定律，线圈L中必然产生一个较大的感应电动势来阻碍线圈L中的电流增加，即HL₁中的电流是逐渐增加的，要比HL₂亮得迟缓一些。

在图4-64b所示的实验中，当开关S合上时，HL灯正常发光，如果接着将开关S断开，在断开的瞬间，HL灯会发出更强的光，然后再慢慢熄灭。这是因为开关S闭合待电路稳定后又突然断开的瞬间，线圈L中的电流突然减小，按电磁感应定律，线圈L中也必然产生一个较大的感应电动势来阻碍线圈L中的电流减小，使HL灯发出短暂的强光，然后再熄灭。

从以上实验和分析可以看出，当通过线圈的电流发生变化时，它所产生的磁场也要发生变化，通过线圈本身的磁通也在变化，线圈本身要产生感应电动势，这个电动势总是阻碍线圈中原来电流的变化。这种由于线圈本身电流的变化而在线圈自身引起电磁感应的现象称为自感现象，简称自感。在自感现象中产生的感应电动势，称为自感电动势。自感是一种特殊的电磁感应现象，由法拉第电磁感应定律就能推导出自感电动势e_L大小的计算公式，即

式中 Δi——线圈中的电流变化量，单位为A；

Δt——线圈中电流变化了Δi所用的时间，单位为s；

L——线圈的自感系数，简称电感，单位为H；

e_L——自感电动势，单位为V。

其中，称为电流变化率，自感电动势的大小与电流变化率成正比。公式中的负号表示自感电动势总是企图阻碍电流的变化。

【例4-13】在0.01s内，通过空心线圈的电流由0.2A增加到0.4A，线圈中产生了6V的自感电动势，求：

1）线圈的自感系数L是多大？

2）如果通过该线圈的电流在0.05s内由0.5A增加到1A，产生的自感电动势又是多少？

解：1）自感电动势为

负号表示自感电动势总是企图阻碍电流的变化。求自感电动势时可取绝对值，即

2）空心线圈的自感系数是一个常数，所以

自感现象广泛存在于生活和实际生产中，凡是有导线、线圈的设备中，只要有电流变化就有自感现象存在，有时自感会对设备造成很大的危害，有时自感又是设备的工作原理，因此要充分考虑自感和利用自感。

由于自感现象，在电路断开的瞬间，线圈中会产生很大的自感电动势，可能击穿线圈绝缘层，或使闸刀开关等周围的空气电离，造成危险。

在绕线电阻中常常采用导线对折再双线并绕的方法来消除自感，如图4-65所示。因为双线并绕时，两组线圈的绕向相同，但是电流方向相反，所以同一时间两个线圈所产生的感应磁场总是大小相等而方向相反，即相互抵消，因而没有电感。此时，绕线电阻在电路中只起一个电阻的作用，这样的绕线电阻也称为无感电阻。

利用自感现象，可以依据线圈具有阻碍电流变化的特点，来稳定电路中的电流。另外，像常见的荧光灯电路中的电感镇流器，就是利用线圈的自感在荧光灯管的两端产生高压而点亮荧光灯的，如图4-66所示。

图4-65 绕线电阻的双线并绕

图4-66 荧光灯电路图