题目
两长直密绕螺线管,长度及线圈匝数相同,半径及磁介质不同。设其半径之比为r1:r2=1:2,磁导率之比为μ1:μ2=2:1,则其自感系数之比L1:L2和通以相同的电流时所贮存的磁能之比Wm1:Wm2分别为( )A. 1:1;1:1B. 1:2;1:2C. 1:2;1:1D. 2:1;2:1
两长直密绕螺线管,长度及线圈匝数相同,半径及磁介质不同。设其半径之比为r1:r2=1:2,磁导率之比为μ1:μ2=2:1,则其自感系数之比L1:L2和通以相同的电流时所贮存的磁能之比Wm1:Wm2分别为( )
A. 1:1;1:1
B. 1:2;1:2
C. 1:2;1:1
D. 2:1;2:1
题目解答
答案
D. 2:1;2:1
解析
步骤 1:计算自感系数之比
根据自感系数的公式
$L=\frac{μS{N}^{2}}{I}$
其中,$S$为螺线管的截面积,$N$为线圈匝数,$I$为螺线管的长度,$μ$为磁导率。由于长度及线圈匝数相同,所以自感系数之比只与磁导率和截面积有关。截面积$S$与半径$r$的平方成正比,即$S_1:S_2=r_1^2:r_2^2=1:4$。因此,自感系数之比为
$L_1:L_2=\frac{μ_1S_1}{μ_2S_2}=\frac{2×1}{1×4}=2:1$
步骤 2:计算磁能之比
根据磁能的公式
${W}_{m}=\frac{1}{2}μ{H}^{2}$
其中,$H$为磁场强度,与电流成正比。由于通以相同的电流,所以磁场强度相同,因此磁能之比只与磁导率有关。磁导率之比为$μ_1:μ_2=2:1$,所以磁能之比为
$W_m1:W_m2=2:1$
根据自感系数的公式
$L=\frac{μS{N}^{2}}{I}$
其中,$S$为螺线管的截面积,$N$为线圈匝数,$I$为螺线管的长度,$μ$为磁导率。由于长度及线圈匝数相同,所以自感系数之比只与磁导率和截面积有关。截面积$S$与半径$r$的平方成正比,即$S_1:S_2=r_1^2:r_2^2=1:4$。因此,自感系数之比为
$L_1:L_2=\frac{μ_1S_1}{μ_2S_2}=\frac{2×1}{1×4}=2:1$
步骤 2:计算磁能之比
根据磁能的公式
${W}_{m}=\frac{1}{2}μ{H}^{2}$
其中,$H$为磁场强度,与电流成正比。由于通以相同的电流,所以磁场强度相同,因此磁能之比只与磁导率有关。磁导率之比为$μ_1:μ_2=2:1$,所以磁能之比为
$W_m1:W_m2=2:1$