傻傻分不清电路？专业电气学姐为你全方面解读（十九）

磁是什么？它与电之间有着怎么样的关系？如果大家都已经学习了曹老师的《电工基础》中第25～28课时的内容，或者掌握了我前两次学习分享中的内容，那么这些问题并不难回答。但是所能提供的答案并不完整，因为电与磁之间可谓有着千丝万缕的关系，相要理清楚显然是“难于上青天”。

而我们这次的学习分享又给大家的答案作了补充，那就是自感与互感。单单是自感与互感的内容，曹老师就花费了整整4个课时的时间，从实际到理论，结合习题，可以说是非常的详细了。大家如果完完全全地学了一遍，我想，即使不能百分百的掌握，但是收货肯定是不少的。那么，我们这次就围绕“自感与互感”的主题展开学习吧！

自感现象，顾名思义就是自身的电磁感应现象。它的详细定义是：当回路中导体的电流发生变化时，它周围的磁场就随着变化，即由此电流所产生的穿过回路本身所围面积的磁通量也随着变化，因而在导体中就产生感应电动势，这个电动势总是阻碍导体中原来电流的变化，这种现象就叫做自感现象。由自感应所产生的电动势称为自感电动势。

▲图19-1

如图19-1所示，考虑一个闭合回路，设其中电流为I，根据毕奥-萨伐尔定律，此电流在空间任一点产生的与磁感应强度B与I成正比，推理得磁通量φ_L也与回路中的电流I成正比，即φ_L∝I。若回路中有N匝，且穿过每一匝线圈的磁通量φ_L基本相同，则这个N匝线圈中的自感磁链Ψ_L=Nφ_L，且该自感磁链Ψ_L也与电流I成正比，即Ψ_L∝I。

为了表明各个线圈产生自感磁链的能力，将线圈的自感磁链与电流的比值叫做线圈（或回路）的自感系数（或自感量），简称自感，用符号“L”表示，L=Ψ_L/I=Nφ_L/I。

自感系数L是一个比例系数，它在量值上等于线圈中的电流为一个单位时通过线圈的磁链。在国际单位中，自感系数的单位为亨利（H），1H=1Wb/A。和电感一样，由于亨利的单位较大，实用中常采用豪亨（mH）或微亨（μH），它们的关系为1H=10³mH=10⁶μH。

结合我们之前所学的电感的知识，自感理解起来其实也不难，在没有互感作用的情况下，其实自感就是电感。类似于电阻和电容，自感就是表征线圈本身电磁性质的物理量，它仅由线圈的形状、大小、匝数及周围磁介质的分布所决定，在无其他铁磁质的情况下，它与线圈中的电流无关，就好比导线的电阻与加在导体两端的电压、流过导体的电流无关一样。

我们在上一次的学习分享中知道，根据法拉第电磁感应定律，磁通量的变化，会产生感应电动势。那么，显然，自感现象也必定伴随着感应电动势的产生，这个感应电动势就是自感电动势，由法拉第电磁感应定律可知，线圈中的自感电动势为e=-ΔΨ/Δt=-LΔI/Δt。

▲图19-2

如图19-2所示为自感电动势的表达式。正如图中所述，自感电动势总是阻碍回路原电流的变化，常称为“电磁惯性”。对于相同的电流变化率ΔI/Δt，L越大，自感电动势也就越大，回路中原有电流越难改变。所以，类似于质量是对物体惯性大小的量度，自感系数L是电路电磁惯性的量度。

在工程技术和日常生活中，自感现象的应用很广泛，曹老师在《电工基础》课程中也详细地分析了几个实例 ，如日光灯上用的镇流器等。然而在某些情况下，自感现象会带来危害，例如大功率的电动机有很大的自感，突然拉闸断电，会有一个很大的电流变化率，从而在电机绕组两端引起极大的自感电动势，足以在电闸上产生电弧，所以，电源闸刀上应配置灭弧罩。

自感是单独一个闭合线圈中电流的作用，那么，如果有两个线圈邻近时，它们之间又会有怎样的电磁现象呢？我们接下来就对这个问题进行探讨。在谈及两个邻近闭合线圈之间的电磁感应现象时，就引进了一个新的概念：互感现象。

互感现象，顾名思义，是指两个线圈之间的相互电磁感应现象。如图19-3所示，两个邻近的闭合线圈，匝数分别为N₁和N₂，通有电流I₁和I₂。当线圈1中的电流I₁变化时，由它所激发的变化磁场，会在它邻近的另一个线圈2中产生感应电动势；同样，当线圈2中的电流I₂变化时，也会在线圈1中产生感应电动势。这种由于一个线圈流过电流所产生的磁通，穿过另一个线圈的现象，叫耦合。由于此线圈电流变化引起另一个线圈产生感应电动势的现象，称为互感现象。互感现象所产生的感应电动势称为互感电动势，这样的两个线圈称为互感耦合线圈。

▲图19-3

设Ψ₂₁表示I₁所激发的磁场穿过线圈2的全磁通，当两线圈的形状、相对位置及周围介质的磁导率不变时，Ψ₂₁与I₁成正比，可表示为Ψ₂₁=N₂φ₂₁=M₂₁；同理，I₂所激发的磁场穿过线圈1的全磁通为Ψ₁₂=N₁φ₁₂=M₁₂，如图19-3所示。