自感現(xiàn)象及其應(yīng)用分析

發(fā)布時(shí)間:2024-03-10
自感現(xiàn)象是電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的一種特殊情形——是在導(dǎo)體本身的電
足夠大。即自感線圈要長(zhǎng),匝數(shù)要多,截面積要大,并要有鐵心。同時(shí),也要注意線圈不能有過大的電阻,否則也會(huì)使自感電流過小而自感現(xiàn)象不明顯。
方法一
器材 自制線圈,2.2v小電珠2個(gè),50ω滑動(dòng)變阻器,2v鉛蓄電池3個(gè),電鍵,導(dǎo)線等。
線圈的制作方法
鐵芯選用22mmei型硅鋼片(圖a),疊厚40mm左右。用絕緣紙板做一個(gè)與鐵芯相配合的繞線框架(圖b)。用φ為0.40mm左右的漆包線在繞線框架上繞800匝,抽一個(gè)頭,再繞400匝。然后將硅鋼片交叉插入,制成一個(gè)有鐵芯的線圈(圖c)。
操作
(1)按圖(d)連接電路,線圈的1200匝全部用上,電源用6v。
(2)合上電鍵k,調(diào)節(jié)變阻器r2,使小燈a1和a2的明亮程度相同。調(diào)節(jié)r1,使a1、a2正常發(fā)光。然后斷開k。
(3)合上k,可見到a2立刻正常發(fā)光,而a1卻是逐漸亮起來。說明l的自感現(xiàn)象。
(4)按圖(e)連接電路,l用400匝,電源用4v。
(5)合上電鍵k,調(diào)節(jié)r,使小燈a比正常發(fā)光稍暗一些。
(6)斷開k,可看到a燈突然更亮一下才熄滅,這是l的自感電動(dòng)勢(shì)引起的。
方法二
目的 斷電自感現(xiàn)象的演示。
器材 自感線圈(也可用日光燈鎮(zhèn)流器,規(guī)格是15—40w任意一種),直流電源(3—4v),氖泡(日光燈啟動(dòng)器或試電筆中的氖泡s),電鍵,導(dǎo)線等。
操作
(1)接通k,氖泡不亮。(一般氖泡需幾十v以上的最低電壓才能放電)。
(2)斷開k,因自感線圈(日光燈鎮(zhèn)流器)產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)可達(dá)200v左右,使氖管起輝。
(3)如果把電鍵快速反復(fù)接通和斷開,可看到氖泡連續(xù)發(fā)光。為了操作方便,可以用一個(gè)金屬導(dǎo)體和齒輪簧片式電路斷續(xù)器k′,代替電鍵k,只要旋轉(zhuǎn)電路斷續(xù)器,氖泡即可較穩(wěn)定地發(fā)亮??砷L(zhǎng)時(shí)間觀察瞬間斷電自感現(xiàn)象。
說明 實(shí)驗(yàn)時(shí),如果兩手同時(shí)接觸日光燈鎮(zhèn)流器兩端,斷開電鍵時(shí)會(huì)受到較強(qiáng)烈的電擊,因時(shí)間極短暫,無害人體,但卻可使學(xué)生有更深刻的印象。
方法三
器材 帶鐵芯線圈(可用2只40w日光燈鎮(zhèn)流器串聯(lián)),發(fā)光二極管3只(紅色發(fā)光二極管2只:d1、d2;綠色發(fā)光二極管1只:d3),滑動(dòng)變阻器(0—300φ),定值電阻器(20φ、1/2w),電池組(3v),導(dǎo)線等。
操作
(1)將(a)圖中的器材安裝在示教板上,將滑動(dòng)變阻器w的滑動(dòng)片放在阻值最大的位置。
(2)閉合電鍵k,則d1、d2發(fā)出紅色光,調(diào)整滑動(dòng)變阻器w的滑動(dòng)片位置,使d1和d2的亮度相近。
(3)每次閉合電鍵k時(shí),d2比d1延遲發(fā)光。以此驗(yàn)證通電時(shí)的自感現(xiàn)象。
(4)每次斷開k時(shí),d1、d2熄滅,d3發(fā)出綠光,以此驗(yàn)證斷電時(shí)的自感現(xiàn)象。
注意
(1)帶鐵芯線圈的選擇是本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵,線圈的自感系數(shù)不能太小,否則d2的發(fā)光延遲時(shí)間將難以分辨。
(2)電源電壓大于2v就能工作,正常工作電壓為3v,以兩節(jié)干電池串聯(lián)較好。如用穩(wěn)壓電源時(shí),不能用穩(wěn)壓電源的電源開關(guān)代替電路中的電鍵k,因?yàn)榉€(wěn)壓電源的輸出端接有濾波電解電容器,在穩(wěn)壓電源開關(guān)切斷交流電源后仍有逐漸減小的電流供給電路,使線圈中的電流不是突然減小,無法使d3在斷電時(shí)發(fā)光。
說明 本實(shí)驗(yàn)也可以用如圖(b)所示的電路。l可用40w日光燈鎮(zhèn)流器,s1、s2、s3是三只白熾燈,d1、d2用兩只2d2系列二極管。
方法四
器材 日光燈和鎮(zhèn)流器(15—40w),發(fā)光二極管2只(綠色發(fā)光二極管d1,紅色發(fā)光二極管d2),定值電阻1只r(100—200φ),電源(3v),電鍵,導(dǎo)線等。
操作 按圖接通電路,k閉合,d1發(fā)光;k斷開,d1熄滅,d2被線圈l的自感電動(dòng)勢(shì)點(diǎn)亮發(fā)光。
說明
(1)利用發(fā)光二極管正常發(fā)光時(shí)工作電流極小(小于20ma)的特點(diǎn),容易做成斷電自感現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)。
(2)根據(jù)發(fā)光二極管d2的正向?qū)ǚ较?,可以判別感應(yīng)電流的方向。
方法五
器材 晶體管收音機(jī)輸出變壓器(用初級(jí)),檢流計(jì),電阻(r為15ω、r′為61ω),電鍵,電池,導(dǎo)線若干、滑動(dòng)變阻器(56ω),導(dǎo)線等。
操作
(1)按圖連接電路。閉合電鍵k,調(diào)節(jié)變阻器w使檢流計(jì)的指針在中間零點(diǎn)的位置,然后去掉保護(hù)電阻r′,進(jìn)一步調(diào)好平衡。
(2)斷開電鍵的瞬間,見到檢流計(jì)的指針偏轉(zhuǎn)一下,說明斷電時(shí)的自感現(xiàn)象,并可斷定自感電動(dòng)勢(shì)的方向。
(3)閉合電鍵的瞬間,見到檢流計(jì)的指針向相反方向偏轉(zhuǎn)一下,說明通電時(shí)的自感現(xiàn)象,也可以斷定自感電動(dòng)勢(shì)的方向。
方法六
器材 變壓器原理說明器,教學(xué)示波器,單刀開關(guān),蓄電池組,導(dǎo)線等。
操作
(1)將j2425型變壓器原理說明器中的線圈套在鐵芯上(0—400匝線圈)構(gòu)成有較大自感的有鐵芯線圈l,再將小燈泡(6.3v、0.15a)和蓄電池組(電壓4v)、單刀開關(guān)及教學(xué)用示波器如圖(a)連接。
(2)調(diào)節(jié)示波器,使輸入開關(guān)置于“dc”檔,“y衰減”旋鈕旋到“1000”檔,“y增益”旋鈕旋到適當(dāng)位置,“掃描頻率”旋鈕旋到“100—1khz”檔,“掃描微調(diào)”旋鈕在任何位置均可。用“垂直位移”旋鈕將掃描線調(diào)到熒光屏的中央d位置。調(diào)節(jié)“輝度”與“聚焦”旋鈕,使水平掃描線清晰并有適當(dāng)亮度。
(3)合上開關(guān)k瞬間,可見水平掃描線先跳至b位置,隨即回到a位置(圖b)。說明在接通瞬間,l上有較大的自感電動(dòng)勢(shì),電源路端電壓較大。正常導(dǎo)通以后,l的直流電阻較小,電源路端電壓降低。
(4)當(dāng)切斷電源時(shí),可見水平掃描線先跳至c位置,隨即回到d位置。cd間的距離遠(yuǎn)大于ab之間的距離。說明在切斷電源瞬間,線圈中產(chǎn)生了方向與線圈中原電流方向相同,大小遠(yuǎn)大于u的自感電動(dòng)勢(shì)。
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