文档介绍：第17章:交变电流
一、知识网络
交变电流
产生: 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动而产生的
描
述
瞬时值: I=I msinωt
峰值:I m= nsBω/R
有效值:
周期和频率的关系:T=1/f
图像:正弦曲线
电感对交变电流的作用:通直流、阻交流,通低频、阻高频
应用
电容对交变电流的作用:通交流、阻直流,通高频、阻低频
变压器
变流比:
电能的输送
原理:电磁感应
变压比:U1/U2=n1/n2
只有一个副线圈:I1/I2=n2/n1
有多个副线圈:I1n1= I2n2= I3n3=……
功率损失:
电压损失:
远距离输电方式:高压输电
定义:机械能是指动能和势能的总和。
转化:动能和势能之间相互转化。
机械能守恒:无阻力,动能和势能之间总量不变。
机械能
及其转化
二、重、难点知识归纳
图17-1
(一)、交变电流:大小和方向都随时间作周期性变化的电流叫做交变电流,简称交流。如图17-1所示(b)、(c)、(e)所示电流都属于交流,其中按正弦规律变化的交流叫正弦交流。如图(b)所示。而(a)、(d)为直流其中(a)为恒定电流。
(二)、正弦交流的产生及变化规律。
(1)、产生:当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时,线圈中产生的交流是随时间按正弦规律变化的。即正弦交流。
(2)、中性面:匀速旋转的线圈,位于跟磁感线垂直的平面叫做中性面。这一位置穿过线圈的磁通量最大,但切割边都未切割磁感线,或者说这时线圈的磁通量变化率为零,线圈中无感应电动势。
(3)、规律:从中性面开始计时,则e=NBSωsinωt 。用ε表示峰值NBSω则e=εsinωt在纯电阻电路中,电流I=sinωt=Isinωt,电压u=Usinωt 。
2、表征交变电流大小物理量
(1)瞬时值:对应某一时刻的交流的值用小写字母x 表示,e i u
(2)峰值:即最大的瞬时值。大写字母表示,Um Im εm
εm= nsBω Im=εm/ R
注意:线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线方向的轴匀速转动时,所产生感应电动势的峰值为ε=NBSω,即仅由匝数N,线圈面积S,磁感强度B和角速度ω四个量决定。与轴的具体位置,线圈的形状及线圈是否闭合都是无关的。
(3)有效值:
a、意义:描述交流电做功或热效应的物理量
b、定义:跟交流热效应相等的恒定电流的值叫做交流的有效值。
c、正弦交流的有效值与峰值之间的关系是ε= I= U=。
注意:正弦交流的有效值和峰值之间具有ε=,U=的关系,非正弦(或余弦)交流无此关系,但可按有效值的定义进行推导,如对于正负半周最大值相等的方波电流,其热效应和与其最大值相等的恒定电流是相同的,因而其有效值即等于其最大值。即I=I。
e、交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值;交流电流表和交流电压表的读数是有效值。对于交流电若没有特殊说明的均指有效值。
f、在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值。
(4)峰值、有效值、平均值在应用上的区别。
峰值是交流变化中的某一瞬时值,对纯电阻电路来说,没有什么应用意义。若对含电容电路,在判断电容器是否会被击穿时,则需考虑交流的峰值是否超过电容器的耐压值。
交流的有效值是按热效应来定义的,对于一个确定的交流来说,其有效值是一定的。而平均值是由公式确定的,其值大小由某段时间磁通量的变化量来决定,在不同的时间段里是不相同的。如对正弦交流,其正半周或负半周的平均电动势大小
为,而一周期内的平均电动势却为零。在计算交流通过电阻产生的热功率时,只能用有效值,而不能用平均值。在计算通过导体的电量时,只能用平均值,而不能用有效值。
在实际应用中,交流电器铭牌上标明的额定电压或额定电流都是指有效值,交流电流表和交流电压表指示的电流、电压也是有效值,解题中,若题示不加特别说明,提到的电流、电压、电动势时,都是指有效值。
(5)、表征交变电流变化快慢的物理量
a、周期T:电流完成一次周期性变化所用的时间。单位:s .
b、频率f(转速n):一秒内完成周期性变化的次数。单位:HZ.
c、角频率ω:就是线圈在匀强磁场中转动的角速度。单位:rad/s.
d、角速度、频率、周期,的关系ω=2f==2n
(6)、疑难辨析
图17-2
交流电的电动势瞬时值和穿过线圈面积的磁通量的变化率成正比。当线圈在匀强磁场中匀速转动时,线圈磁通量也是按正弦(或余弦)规律变化的,若从中性面开始计时,t=0时,磁通量最大,φ应为余弦函数,此刻变化率为零(切线斜率为零),t=时,磁通量为零,此刻变化率最大(切线斜率最大),因此从中性面开始计时,感应电动势的瞬时表达式是正弦