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高中物理交变电流知识点
=Emsinωt电流瞬时值i=Imsinωt;(ω=2πf)
=nBSω=2BLv电流峰值(纯电阻电路中)Im=Em/R总
(余)弦式交变电流有效值:E=Em/(2)1/2;U=Um/(2)1/2;I=Im/(2)1/2
U1/U2=n1/n2;I1/I2=n2/n2;P入=P出
,采用高压输送电能可以减少电能在输电线上的损失:P损′=(P/U)2R;(P损′:输电线上损失的功率,P:输送电能的总功率,U:输送电压,R:输电线电阻)〔见第二册P198〕;
、2、3、4中物理量及单位:ω:角频率(rad/s);t:时间(s);n:线圈匝数;B:磁感强度(T);
S:线圈的面积(m2);U:(输出)电压(V);I:电流强度(A);P:功率(W)。
注:
(1)交变电流的变化频率与发电机中线圈的转动的频率相同即:ω电=ω线,f电=f线;
(2)发电机中,线圈在中性面位置磁通量最大,感应电动势为零,过中性面电流方向就改变;
(3)有效值是根据电流热效应定义的,没有特别说明的交流数值都指有效值;
(4)理想变压器的匝数比一定时,输出电压由输入电压决定,输入电流由输出电流决定,输入功率等于输出功率,当负载的消耗的功率增大时输入功率也增大,即P出决定P入;
(5)其它相关内容:正弦交流电图象〔见第二册P190〕/电阻、电感和电容对交变电流的作用〔见第二册P193〕。
我们常见的电灯、电动机等用的电都是交流电。在实用中,交流电用符号"~"表示。
电流随时间的变化规律,由此看出:正弦交流电三个要素:最大值(峰值)、周期(频率或角频率)和相位(初相位)。交流电所要讨论的基本问题是电路中的电流、电压关系以及功率(或能量)的分配问题。由于交流电具有随时间变化的特点,因此产生了一系列区别于直流电路的特性。在交流电路中使用的元件不仅有电阻,而且有电容元件和电感元件,使用的元件多了,现象和规律就复杂了。但基本遵循安培定律等基本法则。是高中电学的考点和难点。
根据傅里叶级数的原理,周期函数都可以展开为以正弦函数、余弦函数组成的无穷级数,任何非简谐的交流电也可以分解为一系列简谐正余弦交流电的合成。
频率
交流电的频率是指它单位时间内周期性变化的次数,单位是赫兹(Hz),与周期成倒数关系。日常生活中的交流电的频率一般为50Hz,而无线电技术中涉及的交流电频率一般较大,达到千赫兹(KHz)甚至兆赫兹(MHz)的度量。
频率有效值
正余弦交流电的峰值与振幅相对应,而有效值大小则由相同时间内产生相当焦耳热的直流电的大小来等效。正余弦交流电峰值与有效值的关系为:
例如,城市生活用电220V表示的是有效值,而其峰值约为311V。
电力传输
交流电被广泛运用于电力的传输,因为在以往的技术条件下交流输电比直流输电更有效率。传输的电流在导线上的耗散功率可用=(功率=电流的平方×电阻)求得,显然要降低能量损耗需要降低传输的电流或电线的电阻。由于成本和技术所限,很难降低使用的输电线路(如铜线)的电阻,所以降低传输的电流是唯一而且有效的方法。根据P=IU(功率=电流×电压,实际上有效功率=cosφ),提高电网的电压即可降低导线中的电流,以达到节约能源的目的。
而交流电升降压容易的特点正好适合实现高压输电。使用结构简单的升压变压器即可将交流电升至几千至几十万伏特,从而使电线上的电力损失极少。在城市内一般使用降压变压器将电压降至几万至几千伏以保证安全,在进户之前再次降低至市电电压(中国大陆及香港特别行政区220V)或者适用的电压供用电器使用。一般使用的交流电为三相交流电,其电缆有三条火线和一条公共地线,三条火线上的正弦波各有120°之相位差。对于一般用户只使用其中的一或两条相线(一条时需要零线)。直流变压及输电技术取得了长足的发展,而高压直流输电的浪费会比较小;因此未来有望取代交流电以解决交流电的安全性和交直流转换问题。
零线火线
零线始终和大地是等电位的,因此交流电的火线的一个完整周期就是,如果在0秒时与零线电位相同,火线上对地电压为0;,火线上对地电压达到最大(峰值)为高于大地;,火线上对地电压又降为0;,火线对地电压降到最低点,零线对火线达到峰值;,又重新上升到与零线电位相同,火线上对地电压为0。
可以看出,交流电虽然随周期改变电流方向,但零线对地电压始终是相同的,为0。接用电器后零线有电流,电流变化规律与电压相同。