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電感器工作原理(導電六)

電感器為什麼能夠通直流電,阻交流電?

2018年10月02日   維加斯新聞報
晏成和

    上篇文章談到電容器通交流、阻直流電,還有電感器能夠通直流電、阻交流電?為什麼電感器有如此特性?這也是現代物理用心回避的傷心地。電感器的結構也很簡單,把一段導線繞成螺旋線圈即成,如圖,有的為了加強感應,在線圈中間環繞磁芯。
    電感器導通直流電很好理解,因為它本身就是一段導線,直流電通過電線能夠產生磁場、通過電感線圈同樣會產生磁場,這個螺旋線產生的磁力線方向是電感線圈中心的平行直線(右手定則),這樣的磁場力不僅不能阻止直流電,而且能夠使之流動更加順暢。
    但是,電感器一旦聯通了交流電,電流就會在電感器線圈裡頭發生阻滯,流動不暢,甚至會梗阻完全流不動。電感器為什麼能阻滯直至阻止交流電呢?這又要回顧小磁鍼實驗的結論:(1)電子的運動伴生著電磁波 ;2這種電磁波能傳播到導體之外。
    直流電通過電感器線圈,所形成的電磁波的集合只是沿線圈軸線方向穩定的磁場,對直流電的導通沒有影響。交流電的強度和方向是以一定頻率變化著的,交流電通過電感器線圈時,所伴生的電磁波也時強時弱、方向時正時反。電感器的線圈匝與匝之間接近,伴生的電磁波會相互干擾,形成時強時弱、時正時反的電磁波,這緊挨著導線的雜亂電磁波會干擾鄰近導線內的常規電壓波、干擾鄰近導線內電子的運動,使得電壓波不順暢,電子的運動無所適從,宏觀表現就是電流不暢,受到阻滯。
    以上原理能夠很好地解讀:交流電頻率越高,所伴生的電磁波的時強時弱、方向時正時反頻率干擾越高,電流在電感器中受到阻滯越大。所以對高頻交流電只需用匝數不太多的線圈加上鐵氧體芯就能阻止。對付低頻交流電,則要用到線圈密、匝數多(數千匝)的電感器方能阻止。這是因為低頻交流電的波長較長,在較短的導線中不易出現反向干擾,只有在較長線路中、雜亂電磁波的數千次的干擾中才能受到阻滯。
    用電子的運動伴生著電磁波的觀點,解釋了電感器通直流電,阻交流電;用電子伴生電磁波的觀點,綜合解釋了電容器、變壓器及其交流、直流特性。簡單明晰、系統、邏輯,與實驗事實全面相符。電容器通交流電,阻直流電的特點。這些特點在電路設計中非常有用。
    現有物理理論缺乏電子運動伴生著波的認識,在現有導電理論中,電壓是電位、電動勢,電流是電位作用下的自由電子的運動。面對交流電在電感器線圈裡頭發生阻滯、乃至梗阻、阻斷,只能用 “感抗 ”-感覺到了、抗拒,這樣的擬人化的詞來進行遮掩。教科書說:交流電流過電感時,在任一暫態產生的感生電流和通入電流方向相反,從而對電流產生阻礙作用,即感抗。該理論只是說感抗暫態產生,卻說不清感抗來自哪裡,如何 “感”怎樣 “抗”?也說不清為什麼感抗的與通入交流電頻率成正比,說不清為什麼直流電的感抗也為零。說不清、道不明,於是就回避。
在近代電子技術、電路設計中雖然廣泛地運用電感器的特性。但是百年物理學奉行著自由電子導電理論,沒能夠認識到電子的運動伴生著波、不知道這波對導線內電流的再作用,只能用一個詞 -感抗敷衍著對電感器的追問,也就無從探討電感機理及其物理原因。

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