互感现象

物理学术语

互感现象是指二相邻线圈中，一个线圈的电流随时间变化时导致穿过另一线圈的磁通量发生变化，而在该线圈中出现感应电动势的现象。互感现象产生的感应电动势称为互感电动势。

基本释义

互感现象

互感现象是指二相邻线圈中，一个线圈的电流随时间变化时导致穿过另一线圈的磁通量发生变化，而在该线圈中出现感应电动势的现象。

1838年亨利做了关于不同等级感应电流的实验，这些实验都属于互感实验。以电流感应电流是法拉第观察到的。引起感应电流的那个电流称为原电流，感应电流称为次级电流。由于法拉第的次级电流是瞬时的，所以它也可以在第三个线圈中引起感应电流。

互感电动势与互感系数

互感现象中的感应电动势称为互感电动势。当两个线圈的电流可以相互提供磁通时，就说他们之间存在互感耦合，或简单说成存在互感。设线圈1、2是存在互感耦合的两个线圈。令ψ12表示线圈1中电流I1产生的磁场对线圈2提供的磁通匝链数。ψ12=N2φ12，式中N2为线圈2的匝数，φ12为I1产生的磁场对线圈2中每一匝提供的磁通。同理，ψ21为线圈2中电流I2产生的磁场对线圈1提供的磁通匝链数。ψ21=N1φ21。理论表明ψ12与I1成正比，ψ21与I2成正比，其比例系数称为两个线圈间的互感系数。简称互感。其数学表述为M12=ψ12/I1，M21=ψ21/I2。可以证明M12=M21=M，所以一般互感系数用M表示。互感系数在数值上等于一个线圈中电流为1安培时对另一线圈所提供的磁通匝链数。在没有铁心的情况下，互感系数与电流无关，只由两个线圈的形状、匝数、相对位置决定。互感电动势可表示为

由上二式可知，互感系数也可以这样定义：一个线圈中的互感电动势与另一线圈中的电流变化率成正比，比例系数就是互感系数。数学表述为M=-ε12/(dI1/dt)。M在数值上等于一个线圈中每秒电流变化1安培时在另一线圈中所引起的互感电动势的大小。互感系数表示两个线圈间互感耦合的强弱。互感系数与自感系数有相同的单位。M的国际制单位叫亨利，1亨利=1韦伯/安培。两个线圈间的互感系数一般由实验测定，只有在简单情况下才可由定义计算。

应用

互感现象在电工、电子技术中应用很广。例如变压器就是应用两个线圈间存在互感耦合制成的。实验室中常用的感应圈也是利用互感现象获得高压的。有时互感现象也有不利影响，为此实际中总是采取措施消除这种影响。例如可在电子仪器中，把易产生互感耦合的元件采取远离、调整方位或磁屏蔽等方法来避免元件间的互感影响。

变压器是互感现象最典型的应用，它由初级线圈N1、次级线圈N2和铁芯所组成。它可以起到升高电压或者降低电压的作用，还可以把交变信号由一个电路传递到另一个电路。但是互感现象也会带来危害，电子装置内部往往由于导线或器件之间存在的互感现象而干扰正常工作，这就需要采取一定的屏蔽措施来避免互感带来的影响。

互感现象的演示实验

仪器介绍

如图1所示，互感现象演示仪主要由机箱、线圈（1000匝）、收音机和扬声器等组成，可以用于演示两个线圈之间的相互感应及感应强度与位置之间的关系和铁芯在线圈互感中的作用。线圈1L接收音机，收音机的声音通过左喇叭发出，线圈2L接至右喇叭。

操作与现象

1．接通电源，打开电源开关（绿色）和收音机开关，适当调节音量，将转向开关（红色）打向一侧，这时可听到左喇叭有声音，这是收音机自身发出的声音，将转向开关打到另一侧，这时声音停止；

2．将两线圈分别接在机箱两侧的输入插座上，并把两线圈放在同一直线上，这时可听到右喇叭有声音，而且两线圈移近声音增大，反之移远，声音减小；加入铁芯，声音可增大几倍；将两线圈垂直放置，声音减小，至消失，说明这是通过互感线圈感应过来的声音；

3．可以随意改变线圈的相对位置和方向观察两个线圈的互感情况。

原理解析

互感：如果有两只线圈互相靠近，则其中第一只线圈中电流所产生的磁通有一部分与第二只线圈相环链。当第一线圈中电流发生变化时，则其与第二只线圈环链的磁通也发生变化，在第二只线圈中产生感应电动势。这种现象叫做互感现象。两个线圈之见的互感系数与其各自的自感系数有一定的联系。当两个线圈中每一个线圈所产生的磁通量对每一匝而言都相等，并且全部穿过另一个线圈的每一匝，这种情形叫无漏磁。将两个线圈密排并缠在一起就能做到这一点。在这种情形下互感系数与各自的自感系数之间的关系比较简单。

如图2所示，有两个临近的回路（1）和（2），分别载有电流I1，I2，由I1产生的磁场穿过（2）的回路，磁通量为Φ21应和I1成正比，Φ21=M21*I1。同理，由I2产生的磁场穿过（1）的回路，磁通量为Φ12=M12*I2。M12、M21均可称为互感系数。可以证明M12=M21=M时，简称互感。互感系数的大小取决于两个线圈的几何形状，大小，相对位置，各自的匝数以及它们周围介质的磁导率。改变两线圈的距离、相对位置或方向都将改变两线圈的互感系数，因此会引起感应电流的大小，从而使得声音变大或变小。而加入铁芯将大大增加互感系数，从而使声音增大几倍。

所以，如图3所示，当打开收音机开关时，尽管线圈1和线圈2彼此相距数十厘米，并且并不直接用引线相连接，喇叭却能发出悦耳的音乐乐曲，此时我们只要关闭收音机A的电源则喇叭立即不发音，由此可见喇叭发出声音正是通过线圈L1和L2的互感作用将音乐电信号传递到喇叭的。如此一来，互感线圈能将一个电信号从一个线圈传递到另一个线圈直观地、形象地演示出来。这就是简单的无线通信的演示实验。

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