s感應(yīng)線圈及感應(yīng)線圈工作原理

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1、電磁感應(yīng)一目的:以地磁感應(yīng)器測(cè)地磁，並藉此觀察電磁感應(yīng)現(xiàn)象。二、原理:(一)電和磁的闢聯(lián):奧斯特(Oerstead)是第一個(gè)發(fā)現(xiàn)電與磁之間具有相關(guān)性的人。1819~1820年冬天，他做了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn):把指南針和導(dǎo)線平行擺置，在導(dǎo)線上通電流，發(fā)現(xiàn)到電流會(huì)使指南針偏轉(zhuǎn)。這是人們首次知道電流可以造成磁場(chǎng)。奧斯特發(fā)現(xiàn)，電流的磁效應(yīng)沒(méi)多久，人們就想要尋找相反的效應(yīng)，即:磁場(chǎng)是否會(huì)造成電流?法拉第(Faraday)做了很多實(shí)驗(yàn)，都沒(méi)有成功。到了1831年，他做了兩項(xiàng)成功的實(shí)驗(yàn):(1)把兩個(gè)環(huán)形導(dǎo)線平行擺在一起，一個(gè)接檢

2、流計(jì)，另一個(gè)接到電池通上電流，他發(fā)現(xiàn):只有在電流開(kāi)和關(guān)的瞬時(shí)，檢流計(jì)指針會(huì)偏轉(zhuǎn)。他立刻了解，只有磁場(chǎng)變化時(shí)才會(huì)有感應(yīng)電流。(2)把環(huán)形導(dǎo)線接到檢流計(jì)，拿一個(gè)磁鐵靠近環(huán)形導(dǎo)線，檢流計(jì)指針就會(huì)偏轉(zhuǎn)；將磁鐵遠(yuǎn)離，檢流計(jì)指針就向另一方向偏縛。把磁鐵的極性倒過(guò)來(lái)，情形也一樣，只是指針向反方向偏轉(zhuǎn)而已。法拉第深信磁力線是實(shí)在的，他認(rèn)為感應(yīng)電流的造成，是因?yàn)閷?dǎo)體切割磁力線，因而推論:感應(yīng)電流和磁通量的時(shí)變率成正比:dFBIμdt根據(jù)歐姆定律，環(huán)形導(dǎo)線上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為dFBe=RIμdt以SI制表示，上式可以寫成dFB

3、e=-(1)dt負(fù)號(hào)表示感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)彌補(bǔ)原磁場(chǎng)的變化。這裡ε的單位是伏特，F(xiàn)的單位是韋伯(Weber)。F的BB計(jì)算式為F=BdS×(2)Bò24B的單位是特斯拉(Tesla)，一個(gè)特斯拉相當(dāng)於10高斯2(Gauss是CGS單位),S的單位是m。(二)電感:當(dāng)導(dǎo)線上有電流通過(guò)時(shí)，電流在附近空間造成磁場(chǎng)。一個(gè)環(huán)形導(dǎo)線所定義面積之內(nèi)的磁通量和所通過(guò)的電流成正比，即FμIF=LI(3)比例常數(shù)L稱為環(huán)形導(dǎo)線的自感。在SI制單位中，L的單位是亨利(Henry，以符號(hào)H表示)，常用的單位還有-3-6mH(=

4、10H)，μH(=10H)。根據(jù)法拉第定律，當(dāng)環(huán)形導(dǎo)線上的電流改變時(shí)，該環(huán)形導(dǎo)線上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為dFdIe=-=-L(4)dtdt因此，若使一個(gè)環(huán)形導(dǎo)線上的電流改變，附帶也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(電壓)。當(dāng)一個(gè)環(huán)形導(dǎo)線通上電流時(shí)，它所造成的磁場(chǎng)在第二個(gè)環(huán)形導(dǎo)線的磁通量(見(jiàn)圖1)和第一個(gè)環(huán)路上的電流圖1成正比，即FμIF=MI(5)212211比例，數(shù)M稱為環(huán)形導(dǎo)線#1和環(huán)形導(dǎo)線#2之間的互21感，互感的單位和自感相同。如果在環(huán)形導(dǎo)線#2通電流，則它所造成的磁場(chǎng)在環(huán)形導(dǎo)線#1的磁通量為F=MI(6)1122

5、電磁學(xué)的理論可以證明M=M因此只需用一個(gè)互感2112符號(hào)M來(lái)代表它們就行了。根據(jù)法拉第定律，會(huì)環(huán)形導(dǎo)線#2的電流在變化時(shí)，環(huán)形導(dǎo)線#1上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為dFdI12e=-=-M(7)1dtdt(三)地磁感應(yīng)器:地磁感應(yīng)器的主體如圖2所示。一個(gè)圓形框架上繞著兩組線圈，靠外面的一組較粗，可以通電流，稱為電流線圈，靠?jī)?nèi)部的一組較細(xì)，線圈圈數(shù)極多，稱為感應(yīng)線圈。這個(gè)圓形框架以兩個(gè)固定點(diǎn)支撐在方形外框上，平常以卡榫A固定在一個(gè)方向。實(shí)驗(yàn)時(shí)先將卡榫A拉開(kāi)，將o框架翻轉(zhuǎn)180，壓迫B點(diǎn)附近的彈簧卡，並由卡榫B固定住。只

6、要拉出卡榫B，框架會(huì)立刻受彈簧回復(fù)力而翻轉(zhuǎn)o180回去。此時(shí)，通過(guò)感應(yīng)線圈的地磁磁通量因迅速變圖2化，產(chǎn)生感應(yīng)電流，而在檢流計(jì)顯示出來(lái)。這個(gè)感應(yīng)電流並不是穩(wěn)定電流，而是一個(gè)電流脈波。當(dāng)這個(gè)脈波的波寬比檢流計(jì)的自然振盪週期短很多時(shí)，檢流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)和通過(guò)的電量成正比(文獻(xiàn)2)。由法拉第定律可以推出，脈波的電量和感應(yīng)線圈的磁通量變化成正比。因此，檢流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)和感應(yīng)線圈的磁通量變化成正比。只要知道比例常數(shù)就能算出磁通量變化。(四)地磁的測(cè)定:1.檢流計(jì)的衝擊靈敏度:當(dāng)電流脈波的波寬遠(yuǎn)小於於檢流計(jì)指針的週期

7、時(shí)，檢流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)d和通過(guò)電量Q成正比，表示為Q=Sd(8)注意:這裡d是指針振盪的第一次(最大)偏轉(zhuǎn)(文獻(xiàn)2)，比例常數(shù)S稱為檢流計(jì)的衝擊靈敏度。測(cè)量常數(shù)S的原理是利用電流線圈上電流的突然改變?cè)斐伤枰拇磐孔兓?。先在圖3的電流線圈過(guò)穩(wěn)定電流I，造成感應(yīng)線圈上c的磁通量F。由(6)式知BF=MIBc其中M為兩線圈之間的互感。然後，突然切斷電流I，c使磁通量F突然降到零，根據(jù)法拉第定律，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)B圖3(絕對(duì)值)為dFdIBce==Mdtdt故流過(guò)檢流計(jì)的電流為eMdII==RRdt式中R為電路的總

8、電阻，包括感應(yīng)線圈的內(nèi)電阻，檢流計(jì)的內(nèi)電阻和外加電阻。外加電阻的目的，是使檢流計(jì)的外電路總電阻到達(dá)「臨界阻尼外電路電阻」。如此檢#1流計(jì)指針的運(yùn)動(dòng)為臨界阻尼振盪，到達(dá)平衡點(diǎn)最迅速。#1參考力學(xué)振盪原理部份流過(guò)總電量Q為MMIMIccQ=Idt=dt=MòòRdtR如果檢流計(jì)指針的最大偏轉(zhuǎn)為d，則其衝擊靈敏度為MQMIMcS==(9)dRdMM2.地磁的鉛錘分量B:V這一部份要用感應(yīng)線圈上地磁磁通量的變化來(lái)造成感應(yīng)電流。為了保持與原理(四)－