在电子技术和电力工程中，经常用到一种由导线绕制而成的线圈，如收音机中的高频扼流圈、日光灯电路的镇流器等，这些线圈统称为电感线圈。如果电感线圈通以电流，由于电流的磁效应，线圈周围将存在磁场，即线圈存储了磁场能量。实际的电感线圈是有一定电阻的，若忽略电感线圈的电阻值，只考虑其具有储存磁场能量的特性，这样的电感线圈可抽象为一种理想的电路元件——电感。电路图形符号如图3-13所示。电感元件可分为空心电感线圈和铁芯电感线圈。绕在非铁磁性材料做成的骨架上的线圈叫空心电感线圈，图形符号如图3-13（a）所示，其中R是线圈的内阻。如果内阻很小，可忽略不计，则电路图形符号如图3-13（b）所示。在空心电感线圈内放置铁磁材料制成的铁芯，叫做铁芯电感线圈，电路图形符号如图3-13（c）所示。
图3-13 电感电路符号
电感器和电容器一样，也是一种储能元件，它能把电能转变为磁场能，并在磁场中储存能量。电感器用符号L表示，基本单位是亨利（H），常用毫亨（mH）为单位。它经常和电容器一起工作，构成LC滤波器、LC振荡器等。另外，人们还利用电感的特性制造了扼流圈、变压器、继电器等。如图3-14所示为典型的电感元件。
电感器的特性恰恰与电容的特性相反，它具有阻止交流电通过，而让直流电通过的特性。小小的收音机上就有不少电感线圈，几乎都是用漆包线绕成的空心线圈或在骨架磁芯、铁芯上绕制而成的。有天线线圈（它是用漆包线在磁棒上绕制而成的）、中频变压器（俗称中周）、输入输出变压器等。
图3-14 典型的电感元件
1.电磁感应定律
1831年，法拉第在试验中总结：当穿过某一导电回路所围面积的磁通发生变化时，回路中即产生感应电动势和感应电流，感应电动势的大小与磁通对时间的变化率成正比。这一结论称为法拉第定律。这种由于磁通的变化而产生的感应电动势的现象称为电磁感应现象。
1834年，楞次进一步发现，感应电流的方向总是要使它的磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变化，这一结论即楞次定律。
法拉第定律经楞次定律补充后，完整地反映了电磁感应的规律，这就是电磁感应定律。
电磁感应定律指出，如果磁通Φ的参考方向与感应电动势e的参考方向符合右手螺旋关系，如图3-15（a）所示，则对一匝线圈来说，其感应电动势为
式中，各量均采用SI单位制，即磁通的单位为Wb，时间的单位为s，电动势的单位为V。若线圈的匝数为N，且穿过各匝的磁通均为Φ，如图3-15（b）所示，则
式中 Ψ——与线圈交链的磁链，Wb，=NΦ。
图3-15 电磁感应定律
感应电动势将使线圈的两端出现电压，称为感应电压。若选择感应电压u的参考方向与e相同，即u的参考方向与磁通Φ的参考方向的关系称为关联，则当外电路开路时，图3-15（b）所示线圈两端的感应电压为
2.电感元件
1）电感元件和电感
电感元件是实际电感线圈的理想模型，是一种理想二端元件。它是反映实际线圈通入电流时，线圈内部及周围会产生磁场，并储存磁场能量这一基本电磁性能的理想化模型。图3-16所示为电感元件的图形符号。
如图3-15（b）所示，电感线圈匝数为N，通以电流i，电流产生的自感磁通为Φ，选择磁通Φ和电流i的参考方向符合右手螺旋法则（这也称为关联参考方向）。
定义线圈的电感L为
在国际单位制中，电感的单位为亨利，符号为H［实际应用中还有毫亨（mH）和微亨（μH）两个单位］。电感L也叫自感系数，是电感元件的参数。如果电感元件的电感为常量，而不随通过它的电流的改变而改变，则称为线性电感元件（本书所涉及的电感元件都是指线性电感元件）。
2）影响电感的因素
电感线圈L只与线圈自身有关，与线圈的形状、尺寸、匝数及其周围的介质都有关，而与线圈的电流无关。图3-17所示的圆柱形线圈是常见的电感线圈之一。若线圈绕制均匀紧密，且其长度远大于截面半径，可以证明，一端圆柱形线圈的电感为
式中 S——线圈的截面积；
l——该段线圈轴向长度；
N——该段线圈的匝数；
μ——磁介质的磁导率。(www.xing528.com)
图3-16 电感元件的图形符号
图3-17 圆柱形线圈
形状、尺寸、匝数完全相同的线圈，有铁芯和没有铁芯，由于磁导率的悬殊，其电感的大小相差几十乃至数千倍。
3.电感元件的u-i关系
在图3-18中，选择电感元件的电压和电流的参考方向是关联参考方向。电感元件的电压就是由于电磁感应而产生的感应电压，根据电磁感应定律，有
图3-18 电感元件的u-i关系
电感元件的电压与其电流的变化率成正比。只有当电感元件的电流发生变化时，电感元件两端才会有电压。因此，电感元件是动态元件。电流变化越快，电压就越大；电流变化越慢，电压就越小。当电流不随时间变化时，则电感电压为零。所以，在直流电路中，电感元件相当于短路。
电感元件通以电流，就产生磁场，磁场能储存磁场能量。电流增大，磁场增强，这时储存的磁场能量就增加；电流减小，磁场减弱，这时储存的磁场能量也就减小。电感元件存储的磁场能量通过下式计算，即
式（3-16）表明，任何时刻，电感元件储存的磁场能量正比于该时刻电流的平方。
需要指出，实际的线圈都是有内阻的。因而，在实际问题中，低频和中频电路常用电阻和电感的串联组合来代表实际的线圈。当流过线圈的电流过大时，线圈会发热，就有可能烧坏线圈。因此，实际选用线圈时，需要考虑线圈的额定功率和额定电流。
【特别提示】
电流变化越快，自感电压越大；电流变化越慢，自感电压越小。当电流不随时间变化时，则自感电压为零。所以，直流电路中电感元件相当于导线。
关于电感元件的连接可查看互感电路相关知识。
【知识拓展】
1）常见的电感器
（1）色码电感器。色码电感和色环电阻类似，用不同的颜色表示不同的数字，可以表示电感的电感量是多少。有些电感的值是直接标在电感封装上的；有的还需要用表测量，如图3-19所示。
（2）中周变压器。这是超外差式晶体管收音机中特有的一种具有固定谐振回路的变压器，但谐振回路可在一定范围内微调，以使接入电路后能达到稳定的谐振频率（465 kHz）。微调借助磁芯的相对位置的变化来完成，如图3-20所示。
（3）电源变压器。电源变压器的功能是功率传送、电压变换和绝缘隔离，作为一种主要的软磁电磁元件，在电源技术中和电力电子技术中得到广泛的应用，如图3-21所示。
图3-19 色码电感器
图3-20 中周变压器
2）金属探测仪
通常金属探测仪由两部分组成，即金属探测仪与自动剔除装置，其中检测器为核心部分。检测器内部分布着3组线圈，即中央发射线圈和两个对等的接收线圈，通过中间的发射线圈所连接的振荡器来产生高频可变磁场，空闲状态时两侧接收线圈的感应电压在磁场未受干扰前相互抵消而达到平衡状态。一旦金属杂质进入磁场区域，磁场受到干扰，这种平衡就被打破，两个接收线圈的感应电压就无法抵消，未被抵消的感应电压经由控制系统放大处理，并产生报警信号（检测到金属杂质）。系统可以利用该报警信号驱动自动剔除装置等，从而把金属杂质剔除生产线以外。
金属探测仪使用的元件从电子管、晶体管乃至集成电路，发展日新月异，其应用范围几乎扩大到各个领域，对企业生产及人身安全起着重要的作用。下落式金属探测仪如图3-22所示。
图3-21 电源变压器
图3-22 下落式金属探测仪
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