電子打火的道理

薛海鳳

生活中，一些開關(guān)為什么放在絕緣性能良好的油里？日光燈的鎮(zhèn)流器起了什么作用？爐灶電子打火的道理是怎樣的？感應(yīng)圈是如何工作的？這些都涉及自感現(xiàn)象。通過線圈自身的電流發(fā)生變化，引起自身的磁通量變化而導(dǎo)致在線圈本身產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象。自感現(xiàn)象是種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，與我們的生活息息相關(guān)，在現(xiàn)代生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用。

日光燈中的鎮(zhèn)流器就是利用自感現(xiàn)象制成的。日光燈啟動(dòng)時(shí)需要很大的起輝電壓，而鎮(zhèn)流器是一個(gè)帶有鐵芯的自感線圈，自感系數(shù)很大。當(dāng)開關(guān)閉合后，電源把電壓加在啟動(dòng)器（又叫啟輝器）兩端，使氖氣放電發(fā)出輝光。輝光產(chǎn)生的熱量使U形動(dòng)觸片膨脹伸長跟靜觸片接觸而把電路接通，于是鎮(zhèn)流器的線圈和燈管的燈絲中有電流通過。

電流接通后，U形動(dòng)觸片冷卻收縮，兩個(gè)觸片分離，電路自動(dòng)斷開。斷開瞬間，在鎮(zhèn)流器兩端產(chǎn)生很高的自感電動(dòng)勢(shì)，方向與原來電壓的方向相同。這個(gè)自感電動(dòng)與電源電壓加在一起，形成一個(gè)瞬時(shí)高電壓加在燈管兩端，使燈管中的水銀蒸汽開始放電，于是日光燈管開始發(fā)光。

在日光燈正常發(fā)光后，由于交變電流不斷通過鎮(zhèn)流器的線圈，線圈中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，它總是阻礙電流變化，使鎮(zhèn)流器又起著降壓限流作用，保證日光燈的正常工作。隨著科技發(fā)展，現(xiàn)在日光燈不用啟輝器啟動(dòng)，用電子鎮(zhèn)流器可實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)功能。

感應(yīng)圈是工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)室中用低壓直流電獲得交變高壓的一種裝置。應(yīng)用于低氣壓放電管、陰極射線管、光譜管等實(shí)驗(yàn)，用來演示空氣中的火花放電現(xiàn)象，以及發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火裝置、煤氣灶、電子電火裝置等含有高壓電擊器的設(shè)備方面，這些用途的核心是利用感應(yīng)圈產(chǎn)生的高壓電火花來完成點(diǎn)火工作的。它的主要部分是兩個(gè)繞在鐵芯上的絕緣導(dǎo)線線圈，初級(jí)線圈直接繞在鐵芯上，是比較少的幾匝粗導(dǎo)線線圈，次級(jí)線圈則由多匝細(xì)導(dǎo)線組成。

感應(yīng)圈的初級(jí)線圈中有節(jié)奏地通過斷續(xù)的直流電。電流斷續(xù)器是感應(yīng)圈的重要部件，它使初級(jí)線圈中的電流在1秒鐘內(nèi)斷續(xù)許多次。電流每次斷開時(shí)，次級(jí)線圈中出現(xiàn)某個(gè)方向的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；而在電路接通時(shí)，次級(jí)線圈又出現(xiàn)相反方向的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。由于電磁感應(yīng)，感應(yīng)圈初級(jí)線圈斷續(xù)地通過直流電流時(shí)，次級(jí)線圈就感應(yīng)出幾千伏乃至上萬伏的交變高電壓。

自感現(xiàn)象在各種電器設(shè)備和無線電技術(shù)中有廣泛應(yīng)用，除了鎮(zhèn)流器、感應(yīng)圈，還有各種自感器，但有時(shí)也要防止自感現(xiàn)象帶來的危害。通常在具有相當(dāng)大的自感和通有較大電流的電路中，如大型電動(dòng)機(jī)的定子繞組中，開關(guān)斷開瞬間，電流強(qiáng)度在很短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生很大的變化，會(huì)產(chǎn)生很高的自感電動(dòng)勢(shì)，在開關(guān)處產(chǎn)生強(qiáng)大火花，發(fā)生弧光放電現(xiàn)象，亦稱電弧。

電弧產(chǎn)生的高溫可用來冶煉、熔化、焊接和切割熔點(diǎn)高的金屬，溫度可達(dá)2000℃以上，但也有破壞開關(guān)、引起火災(zāi)甚至危及人員安全的危險(xiǎn)。因此把開關(guān)放在絕緣性能良好的油里，以防止發(fā)生電弧。又如，無軌電車車頂上的受電弓脫離電網(wǎng)瞬間，由于自感在電網(wǎng)和受電弓間形成較高電壓，導(dǎo)致空氣擊穿產(chǎn)生電花會(huì)造成電網(wǎng)的損壞。

生活中為了防止自感現(xiàn)象帶來的麻煩，有時(shí)也采用電阻絲的雙線繞法來避免這一麻煩。

下面讓我們來做小實(shí)驗(yàn)吧

[器材]

通電自感演示儀、斷電自感演示儀、日光燈工作原理演示儀、學(xué)生電源1臺(tái)、導(dǎo)線

1[斷電自感現(xiàn)象]

把學(xué)生電源調(diào)為穩(wěn)壓4伏，用導(dǎo)線把電源正負(fù)極與演示器正負(fù)極連接，閉合開關(guān)，發(fā)光二極管不亮，斷開開關(guān)瞬間，發(fā)現(xiàn)發(fā)光二極管閃亮一下再熄滅。

2[日光燈工作原理]

把日光燈工作原理演示儀接通電源開關(guān)，依次閉合啟輝器開關(guān)、連接鎮(zhèn)流器的開關(guān)，觀察到啟輝器閃爍一下，日光燈就亮起來了。取下啟輝器，按下又松開常開無鎖型按鍵開關(guān)，也能讓日光燈亮起來。

3[通電自感現(xiàn)象]

把學(xué)生電源調(diào)為穩(wěn)壓10伏，用導(dǎo)線把電源正負(fù)極連接演示儀正負(fù)極，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)與變阻器串聯(lián)的發(fā)光二極管先亮起來，與線圈串聯(lián)的發(fā)光二極管后亮起來。