交流电的产生及变化规律.doc

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1、交流电的产生、描述交流电的物理量　　学习目的：　　（1）了解交流电的产生原理　　（2）掌握正弦交流电的变化规律　　（3）理解瞬时值、最大值、有效值、周期、频率等概念　　一、几个概念　　1、交变电流：大小和方向随时间变化的电流叫交变电流，常见的交流电如下　　　　本章所涉及的将是最简单的交变电流，即正弦交流电—随时间按正弦规律变化的电流。　　从微观上讲i=nesv其中v为电荷的平均定向移动速率，可设想若v都随时间整齐地按正弦规律变化，即一起做简谐振动时，电路中将有正弦交变电流。　　2、特点　　易于产生、输送、变压、整流，在生活中有广泛的应用，交流电路理论是电工和电子技术的理论基础。∴交流电在电力工

2、程、无线电技术和电磁测量中有极广泛的应用，在工程技术中所使用的交流电也是各式各样的。它具有三大优点：变换容易、输送经济、控制方便，所以已经做为现代国民经济的主要动力。　　在稳恒电流中，I—电流、U(ε)—电压（电动势），都是恒定值。但在本章，i—电流、e—电动势、u—电压，都是瞬时值，因为它随时间而变，所以实际上是i(t)、e(t)、u(t)。　　二、交流电的产生　　法拉第发现电磁感应定律的最重要的应用就是制成发电机　　1、发电机的组成　　磁极、线圈（电枢）　　旋转电枢：通过滑环、电刷通入外电路，一般产生的电压小于500V　　旋转磁极：比较常用，几千~几万V　　原理：利用线圈在磁场中绕某一固定

3、轴转动，切割磁感线产生感应电动势，继而在闭合回路产生电流　　　　　　机械能→电能　　2、交流电的产生　　矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，角速度ω一定。其中ab、cd边切割磁感线，且ab、cd始终与速度v垂直，从切割效果看总是两个电源串联，其俯视图为：　　　　第一象限：方向—abcda(磁通量Φ减少)　　大小：e=2NBvsinθ=2NBωsinωt=NBωSsinωt　　　　第二象限：方向—abcda(磁通量Φ增加)　　大小：e=2NBvsinθ=2NBωsin(π-ωt)　　=NBωSsinωt　　　　依次类推：可得其它象限的情况　　总之，e=NBωSsinωt=εmsinωt　与轴的位置无关

4、　　①大小为NBωSsinωt　　②方向取决于角度ωt　0<ωt<π　e>0　　　　　　　　　　　　π<ωt<2π　e<0　　线圈每经过中性面一次，电流方向改变一次；线圈旋转一周，电流方向改变两次　　③εm=NBωS　为感应电动势的最大值　　④当线圈与中性面重合时，磁通量Φ最大，感应电动势最小，磁力矩最小　　当线圈与中性面垂直时，磁通量Φ最小，感应电动势最大，磁力矩最大　　三、交流电的变化规律　　1、几个表达式　　瞬时值　e　　i　　u　　最大值　εm　Im　Um　　若外电阻为R，电动机阻为r，则　　　　2、图象　　　　四、描述交流电的物理量　　在稳恒电流里用两个物理量（I、U）就能描述电路的

5、情况，但在交流电路里，由于电流的大小、方向都在随时间做周期性的变化，所以要描述它们的物理量就要多一些。　　1、最大值（Im、Um）　　指在一周期所能达到的最大值　　εm=NBωS，　　电容器的耐压值应超过交流电压的最大值，才不会被击穿　　2、周期和频率　　（1）周期T：交流电完成一次周期性变化所需要的时间。即：线圈转动一周　　（2）频率f：　即每秒的转数—n　　（3）角速度　　3、有效值U、I（不是平均值）　　表示交流电产生的效果。电流的效应有热效应、化学效应、磁效应等。交流电的有效值是根据交流电的热效应来规定的。对交流电来说，有意义的不是其在某一瞬间的瞬时功率，而是它在一个周期的平均功率。如

6、50Hz供电的灯泡，虽然其瞬时功率不断变化，但我们感觉不到其亮度的变化，其亮度取决于其平均功率　　（1）定义：让交流电和稳恒电流通过相同的电阻，如果在相同的时间产生的热量相等，则这个稳恒电流的数值就为该交流电的有效值　　（2）正弦交流电的有效值　　　　　　推导：i=ImsinωtÞi2=Im2sin2ωt=Im2-Im2cos2ωt　　其瞬时功率Pi=i2R=Im2R(1-cos2ωt)=Im2R[]　　有意义的是电流在一周期的平均功率，在一周期，　　　　注：此公式只适用于正弦交流电。对其它的交流电不适用，在对待非正弦交流电时，有效值的计算应从其定义出发进行推算，或与正弦交流电的规律进行对比得

7、出。　　（3）一般说明交流电的数值，不做特殊说明，都指有效值。例：　　①照明电路中的220V电压　　②额定电压及功率“220V　50W”　　③交流电表的指示数值　　4、纯电阻电路　　e=εmsinωt　　　对纯电阻电路，其计算与直流电的计算类似，但式中各量均代入有效值　　　P=UI　　例题分析：　　例1、如图表示一交流电随时间变化的图象，此交流电的有效值为：　　　　A、3.5A　B、3.5　C、