两段导线,一段缠绕在铁上,一段直接圈起来。分别通电时,为什么圈起来的会短路?

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杨静姿|责任编辑|2020-10-16 20:47:54

两段导线,一段缠绕在铁上,一段直接圈起来。分别通电时,为什么圈起来的会短路?缠在铁上的不会短路?

我的回答

这主要是直接圈起来的线圈和缠在铁上的线圈它们对电流的阻碍作用不一样,即感抗不一样。

理由分析

我们都知道电线有电阻,所以电流通过电线时,电线会对电流有阻碍作用。如果把电线绕成线圈,那么线圈对电流的阻碍作用分为两部分:一部分为导线电阻,我们把它称为阻抗;另外一部分为线圈的电感效应,称之为“感抗”。

导体电阻大小和导线材料(电阻率)、导线长度、横截面积、温度等有关。导线电阻计算公式如下:

其中,R表示电阻大小,P表示电阻率,L表示导体长度,S表示导体截面积。

电感效应和通过线圈电流频率及电感量有关。感抗计算公式如下:

XL=2πfL

其中,XL表示感抗,π表示电阻率,f表示电流频率,L表示电感量。

电感量计算很复杂,它的大小和线圈面积、线圈匝数、绕线方向、电线大小、磁芯材料等因素有关。同样一个线圈,有铁芯时的电感量比空心时的电感量要大几百倍,甚至上千倍。具体多少倍跟铁芯导磁率有关。所以用同一条电线绕成线圈,当线圈内放有铁芯时对电流的阻碍作用比空心时要大很多。

当给空心线圈和铁芯线圈两端分别加上相同的电压时,有铁芯的线圈电流要小。当两端所加的电压频率越高,这种现象越明显。如果两端加的电压是直流电压,那它们的电流相等,因为直流电的频率为了,感抗消失,只有阻抗存在。

应用举例

在电子电路中,经常需要用到非常低的电压。如果直接把220V交流电通过变压器降低,然后再整流、滤波变成直流电的话,效率比较低,而且变压器线圈需要很多匝(用来提高电感量)。

为了节约材料、缩小变压器体积、提高效率,通常的做法就是先把220V交流电先整流滤波变成电压较高的直流电,然后再通过晶体管逆变成高频交流电,再把高频交流电通过变压器降低电压,最后整流滤波以后变成低压直流。

还有比如接触器。线圈电压是直流电压的接触器比交流电压的接触器匝数要多的多,这就是因为接触器线圈对直流电的阻碍作用只有电线电阻,而接触器线圈对交流电的阻碍作用除了电线电阻以外还有感抗,并且感抗对电流的阻碍作用比电阻对电流的阻碍作用要大得多。

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