电的基本理论

《电的基本理论》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、電的基本理論e-e+起電裝置兩端之間有電位差(電壓)，中間就會有場，以導線連接兩端後，電荷受電場影響，就會產生流動。要使電流不間斷，就要有能源將維持電位差。電流的單位是安培。起電裝置導線＋－歐姆定律GeorgOhm(歐姆，1789-1854)為了研究電阻，給自己一生帶來許多的阻力。為了準確測量電位變化，他製作鉍銅電壓計，並確定金屬有電阻性，電阻隨導線的長度而增加，和截面積的增加而減少，即「歐姆定律」，透過電阻值，就可以將電壓和電流的關係連接起來。直流電與交流電認識直流電與交流電電功率發電機的原理與起源直流發電機交流發電機認識直流電與交流電直流電為直流電壓與直

2、流電流大小不隨時間改變而變動。而交流電壓與交流電流即隨著時間改變而變動。認識直流電與交流電(續)交流電在十九世紀科學家發現了磁埸，同時也發現導線在磁埸中移動會產生電流，因此發明了便宜又好用的交流電。所謂交流電即是隨時間而改變方向的電流，因導線在磁場中無法永遠在同一方向移動，而必須做週期性的往返運動，因此其產生的電流也會定期改變方向。認識直流電與交流電(續)弦式電壓的極性與弦式電流的方向：由於弦式電壓與電流不斷地以sin或cos函數變動，因此電壓有正負極性的變動，電流也有方向的交替改變。瞬時值(instantaneousvalues)：某一瞬間的數值，如e1及

3、e2即為t1及t2秒的瞬間電壓。峰值(peakvalue)：波形的最大值，如Em即為電壓波形的最大電壓。週期(period)T：連續波形之最少的重覆時間。頻率(frequency)f：週期的倒數，以Hz為單位。1Hz代表每秒鐘發生1個波數(cycle)，1個週波即表示波形重覆變化一次的情況。認識直流電與交流電(續)認識直流電與交流電(續)(a)1Hz，週期為1秒(b)2.5Hz，週期為0.4秒(c)2Hz，週期為0.5秒認識直流電與交流電(續)有效值(effectivevalue)或均方根值(RMSvalue)：能夠產生與直流電流相同功率的交流電流，即為等效

4、之直流電流，稱為該交流電流之有效值或均方根值(一個函數x(t)平方的平均值、再開平方根)家庭用電的電壓與電流，如110V、5A都是以有效值或均方根值來表示的，電壓與電流的峰值：認識直流電與交流電(續)電功率直流電功率交流電功率發電機的原理與起源磁通方向電流方向運動方向佛來明右手定則(Fleming’srighthandrule)，右手食指指向磁場方向、姆指的方向為導體運動方向，中指指向電流的流動方向(感應電壓的正端)。發電機的原理與起源(續)法拉第感應定律(Faraday)電路中的感應電動勢等於電路內磁通對時間變化率的負值。右圖為一簡單的交流發電機，當線圈在

5、外磁場中轉動，通過線圈的磁通量隨著線圈的轉動而變化，當線圈的平面平行於磁場時磁通量為零；當線圈平面垂直於磁場時，通過線圈的磁通量為最大。發電機的起源1832年法國人皮克斯製出了世界上最早的手搖式發電機。在靠近可以旋轉的U型磁鐵處，裝上兩個繞在軟鐵芯上的線圈，分別對準磁鐵的兩極。搖轉磁鐵時，線圈導線中就感應出交流電。每當磁鐵轉半周，線圈對應的磁極就改變一次，電流方向也跟著改變。後來，皮克斯在磁鐵的轉軸上加裝了兩片開的筒形金屬板，由線圈引出的導線分別與兩筒形板接觸，這便是整流子，它可使輸出的電流方向不變的直流電。1867年德國的韋納·西門子發現用電磁鐵代替永久磁

6、鐵，同樣可以發電。電磁鐵的鐵芯，在不通電流時，也還殘留有微弱的磁性，當轉動時，利用微磁發出電流，再反饋給電磁鐵也就能産生出強磁性。1872年在西門子公司研究發動機的工程師阿特涅簡化了製造方法，降低了生産成本，改進了發動機的外觀和功能。直流發電機直流發電機的基本原理如右圖所示，在線圈兩端分別接上半圓形銅片上，此銅片稱整流子，再由電刷將電流由整流子引出。當線圈在磁場中轉動時，雖產生交流電，但整流子能使電流以固定的方向由C端電刷流出，D端電刷流入而成直流電。直流發電機的輸出改善為了讓直流發電機的輸出電壓波形脈動更加平滑，須增加更多線圈及整流片，使輸出電壓的脈動變小

7、，而趨近於恆定的直流電壓。直流電機的構造示意圖實際的直流電機交流發電機交流發電機的原理將一導體線圈放磁場中旋轉，導體切割磁通鏈使導體中磁通鏈對時間發生變化，在導體中產生了交變的感應電勢。將線圈兩端與滑環連接，再以電刷接觸滑環引出電流通過負載，此即交流發電機。Sinusoidalwave交流同步發電機單相四極交流同步發電機線圈a1及a2可以串聯連接，以增加感應電壓。當轉子磁極轉了一圈(360機械度m2)，電壓的變化則產生兩個週波(720電氣度e4)，與總極數P有關mePqq2=三相交流發電機將矩形線圈多加兩組，使三個線圈的空間排列恰好呈現120的

8、相位差，則此三組線圈感應的電壓也會產生120的相位