有两个线圈,线圈1对线圈2的互感系数为M_(21),而线圈2对线圈1的互感系数为M_(12),若它们分别流过i_(1)和i_(2)的变化电流且|(di_(1))/(dt)|A. M_(12)=M_(21),varepsilon_(21)B. M_(12)=M_(21),varepsilon_(21)>varepsilon_(12)C. M_(12)=M_(21),varepsilon_(21)=varepsilon_(12)D. M_(12)neq M_(21),varepsilon_(21)neq varepsilon_(12)
A. $M_{12}=M_{21}$,$\varepsilon_{21}<\varepsilon_{12}$
B. $M_{12}=M_{21}$,$\varepsilon_{21}>\varepsilon_{12}$
C. $M_{12}=M_{21}$,$\varepsilon_{21}=\varepsilon_{12}$
D. $M_{12}\neq M_{21}$,$\varepsilon_{21}\neq \varepsilon_{12}$
题目解答
答案
解析
本题考查互感系数和互感电动势的相关知识。解题思路是先根据互感系数的性质判断$M_{12}$与$M_{21}$的关系,再根据互感电动势的计算公式分别计算$\varepsilon_{21}$和$\varepsilon_{12}$,最后比较它们的大小。
步骤一:判断$M_{12}$与$M_{21}$的关系
根据互感现象的性质,对于两个存在互感的线圈,它们之间的互感系数是相等的,即$M_{12}=M_{21}$。这是由磁场的基本规律和电磁感应定律所决定的,与线圈中的电流大小和变化率无关。
步骤二:计算$\varepsilon_{21}$和$\varepsilon_{12}$
根据互感电动势的计算公式$\varepsilon = -M\frac{di}{dt}$(其中$\varepsilon$为互感电动势,$M$为互感系数,$\frac{di}{dt}$为电流的变化率),可得:
- 由$i_{1}$变化在线圈$2$中产生的互感电动势$\varepsilon_{21} = -M_{21}\frac{di_{1}}{dt}$。
- 由$i_{2}$变化在线圈$1$中产生的互感电动势$\varepsilon_{12} = -M_{12}\frac{di_{2}}{dt}$。
步骤三:比较$\varepsilon_{21}$和$\varepsilon_{12}$的大小
因为$M_{12}=M_{21}$,且$\left|\frac{di_{1}}{dt}\right|<\left|\frac{di_{2}}{dt}\right|$,所以$\left|\varepsilon_{21}\right| = \left|-M_{21}\frac{di_{1}}{dt}\right| = M_{21}\left|\frac{di_{1}}{dt}\right|$,$\left|\varepsilon_{12}\right| = \left|-M_{12}\frac{di_{2}}{dt}\right| = M_{12}\left|\frac{di_{2}}{dt}\right|$。
将$M_{12}=M_{21}$代入上式可得$\left|\varepsilon_{21}\right| < \left|\varepsilon_{12}\right|$,即$\varepsilon_{21}<\varepsilon_{12}$。