交變電流與遠距離輸電

1、交變電流與遠距離輸電一、交變電流的產(chǎn)生1、原理：電磁感應(yīng)2、中性面：線圈平面與磁感線垂直的平面。3、兩個特殊位置的比較線圈平面與中性面重合時（SB），磁通量最大，=0，e=0，i=0，感應(yīng)電流的方向?qū)l(fā)生改變。線圈平面平行與磁感線時（SB），=0，最大，e最大，i最大，電流方向不變。4、 穿過線圈的磁通量與產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流隨時間變化的函數(shù)關(guān)系總是互余的：取中性面為計時平面： 函數(shù)圖象磁通量電動勢電壓電流注：對中性面的理解交流電瞬時值表達式的具體形式是由開始計時的時刻和正方向的規(guī)定共同決定的。若從中性面開始計時，雖然該時刻穿過線圈的磁通量最大，但線圈兩邊的運動方向恰與磁場方向平行，不切

2、割磁感線，電動勢為零，故其表達式為；但若從線圈平面和磁場平行時開始計時，雖然該時刻穿過線圈的磁通量為零，但由于此時線圈兩邊的速度方向和磁場方向垂直，電動勢最大，故其表達式為。例：矩形線框繞垂直于勻強磁場且在線框平面的軸勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生了交變電流，下列說法正確的是（ ） A當(dāng)線框位于中性面時，線框中感應(yīng)電動勢最大 B當(dāng)穿過線框的磁通量為零時，線框中的感應(yīng)電動勢也為零 C每當(dāng)線框經(jīng)過中性面時，感應(yīng)電動勢或感應(yīng)電流方向就改變一次 D線框經(jīng)過中性面時，各邊切割磁感線的速度為零 答案：CD【變式訓(xùn)練】一單匝閉合線框在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動，在轉(zhuǎn)動過程中，線框中的最大磁通量為，最大感應(yīng)電動勢

3、為，則下列說法中正確的是（ ）.當(dāng)穿過線框的磁通量為零時，感應(yīng)電動勢也為零.當(dāng)穿過線框的磁通量減小時，感應(yīng)電動勢在增大.當(dāng)穿過線框的磁通量等于時，感應(yīng)電動勢等于.線框轉(zhuǎn)動的角速度【變式訓(xùn)練】如圖所示，矩形線圈abcd在勻強磁場中可以分別繞垂直于磁場方向的軸P1和P2以相同的角速度勻速轉(zhuǎn)動，當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到與磁場方向平行時( )A.線圈繞P1轉(zhuǎn)動時的電流等于繞P轉(zhuǎn)動時的電流B.線圈繞P1轉(zhuǎn)動時的電動勢小于繞P2轉(zhuǎn)動時的電動勢C.線圈繞P1和P2轉(zhuǎn)動時電流的方向相同，都是abcdD.線圈繞P1轉(zhuǎn)動時dc邊受到的安培力大于繞P2轉(zhuǎn)動時dc邊受到的安培力答案：BD A二、對交變電流圖像的理解交變電流的圖

4、像包括-t、e-t、i-t、u-t等，具體圖像見上頁，現(xiàn)只研究e-t圖像從圖像上可得到信息：1、 線圈平面與中性面平行時為計時平面2、 電流最大值3、 周期T和頻率f4、 不同時刻交流電的瞬時值5、 線圈處于中性面和電流最大值對應(yīng)的時刻6、 任意時刻線圈的位置和磁場的夾角周期和頻率的計算公式：周期完成一次周期性變化所用的時間物理意義：表示交變電流變化快慢的物理量頻率1s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)我國民用交變電流：T=0. 02 s，f=50 Hz，例：如圖a所示，一矩形線圈abcd放置在勻強磁場中，并繞過ab、cd中點的軸OO以角速度逆時針勻速轉(zhuǎn)動。若以線圈平面與磁場夾角=45°時（如圖

5、b）為計時起點，并規(guī)定當(dāng)電流自a流向b時電流方向為正。則下列四幅圖中正確的是：（ ）答案：D【變式訓(xùn)練】在勻強磁場中，一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，如圖1所示，產(chǎn)生的交變電動勢的圖象如圖2所示，則 At =0.005s時線框的磁通量變化率為零Bt =0.01s時線框平面與中性面重合C線框產(chǎn)生的交變電動勢有效值為311VD線框產(chǎn)生的交變電動勢的頻率為100Hz答案：B三、表征交變電流的物理量1、瞬時值、峰值（最大值）、有效值、平均值的比較物理量物理含義重要關(guān)系適用情況及說明瞬時值交變電流某一時刻的值計算線圈某時刻的受力情況或力矩的瞬時值最大值最大的瞬時值討論電容器的擊穿電壓（耐壓值

6、）有效值跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流值對正（余）弦交流電有：  （1）計算與電流的熱效應(yīng)有關(guān)的量（如功、功率、熱量）等（2）電氣設(shè)備“銘牌”上所標(biāo)的一般是有效值（3）保險絲的熔斷電流為有效值平均值交變電流圖像中圖線與時間軸所夾的面積與時間的比值計算通過電路截面的電荷量交流電的平均值是指一段時間內(nèi)交流電瞬時值的平均值。平均值是由公式確定。它表現(xiàn)為交流圖象中波形與橫軸（t軸）所圍的“面積”對時間的比值，其值大小與所取時間間隔有關(guān)。如正弦式交流電，其正半周期或負半周期的平均電動勢大小為，而一個周期內(nèi)的平均電動勢卻為零而技術(shù)上應(yīng)用的交流電的平均值是指一個周期交流電的絕對值的平均值，也等于

7、交流電在正半個周期或周期內(nèi)的平均值。同一交流電的平均值和有效值并不相同。 不同時間內(nèi)平均值一般不同，平均值大小還和電流的方向有關(guān)，若一段時間內(nèi)電流的方向發(fā)生改變，則流過導(dǎo)線橫截面上的電荷量為兩個方向上的電荷量之差；平均值是和電荷量相關(guān)聯(lián)的，所以凡涉及計算一段時間內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面上電荷量的問題，應(yīng)利用平均值處理。例：如圖所示，單匝矩形閉合導(dǎo)線框abcd全部處于磁感應(yīng)強度為B的水平勻強磁場中，線框面積為S，電阻為R。線框繞與cd邊重合的豎直固定轉(zhuǎn)軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動，線框中感應(yīng)電流的有效值I= 。線框從中性面開始轉(zhuǎn)過的過程中，通過導(dǎo)線橫截面的電荷量q= 如圖所示，有一單匝矩形線圈，面積為S，內(nèi)阻為r

8、，外電路電阻為R，電流表為理想電表，線圈繞垂直磁感線的對稱軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動，從圖示位置轉(zhuǎn)900的過程中，下列說法正確的是A通過電阻R的電量為B通過電流表的最大電流為C電路消耗的總功率為D從圖示位置開始計時，R兩端電壓變化的規(guī)律為u=BScost 如圖所示，一矩形線圈在勻強磁場中繞OO軸勻速轉(zhuǎn)動，磁場方向與轉(zhuǎn)軸垂直。線圈的長l1 = 0.50 m，寬l2 = 0.40m，匝數(shù)N = 20匝，線圈總電阻r = 0.10。磁場的磁感強度B = 0.10T。線圈繞OO 軸以 = 50rads的角速度勻速轉(zhuǎn)動。線圈兩端外接一個R = 9.9的電阻和一塊內(nèi)阻不計的交流電流表。求：（1）線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電

9、動勢的最大值；（2）電流表的讀數(shù)；（3）線圈轉(zhuǎn)過一周的過程中，整個回路中產(chǎn)生的焦耳熱。四、電感和電容對交變電流的作用1電感對交變電流的阻礙作用 電感對交變電流有阻礙作用，電感對交變電流阻礙作用的大小，用感抗表示，。 電感對交變電流有阻礙作用的原因是：當(dāng)線圈中電流發(fā)生變化時，在線圈本身中產(chǎn)生自感電動勢，自感電動勢總是阻礙線圈中電流的變化。 扼流圈有兩種，一種叫低頻扼流圈，線圈的自感系數(shù)L很大，作用是阻交流，通直流；另一種叫高頻扼流圈，線圈的自感系數(shù)L很小，作用是阻高頻，通低頻。2電容對交變電流的作用 （1）交變電流能夠通過電容器，電容器交替進行充電和放電，電路中就有了電流，表現(xiàn)為交流“通過”了電

10、容器，實際上自由電荷并沒有通過電容器兩極板間的電介質(zhì)。 （2）電容器對交變電流的阻礙作用：電容器對交變電流有阻礙作用，電容器對交變電流阻礙作用的大小，用容抗表示，。 電容器的作用“通高頻、阻低頻”或“通交流，隔直流”。 電感電容對電流的作用只對交變電流有阻礙作用直流電不能通過電容器，交流電能通過但有阻礙作用影響因素自感系數(shù)越大，交流電頻率越大，阻礙作用越大，即感抗越大電容越大，交流電頻率越大，阻礙作用越小，即容抗越小應(yīng)用低頻扼流圈：通直流、阻交流高頻扼流圈：通低頻、阻高頻隔直電容：通交流、隔直流旁路電容：通高頻、阻低頻 例：如圖所示電路中，L為電感線圈，R為燈泡，電流表內(nèi)阻為零，電壓表內(nèi)阻無限

11、大，交流電源的電壓 V。若保持電壓的有效值不變，只將電源頻率改為100 Hz，下列說法中正確的有（ ） A電流表示數(shù)增大 B電壓表示數(shù)增大 C燈泡變暗 D燈泡變亮 【變式訓(xùn)練】如圖所示，當(dāng)交流電源的電壓有效值為220 V，頻率為50 Hz時，三只電燈的亮度相同，當(dāng)電源電壓不變只將交流電源的頻率改為100 Hz時，則各燈亮度變化情況為：a燈 ，b燈 ，c燈 （填“變亮”“變暗”或“不變”）。 三、變壓器： 1、原理：原、副線圈中的互感現(xiàn)象，原、副線圈中的磁通量的變化率相等。 P1=P2 2、變壓器只變換交流，不變換直流，更不變頻。 原、副線圈中交流電的頻率一樣：f1=f2 高壓線圈匝數(shù)多、電流小

12、，導(dǎo)線較細；低壓線圈匝數(shù)少、電流大，導(dǎo)線較粗。3、如左圖：U1：U2：U3=n1：n2：n3 n1 I1=n2 I2+ n3 I3 P1=P2+P3四、電能輸送的中途損失：（1）功率關(guān)系：P1=P2，P3=P4，P2=P損+P3（2）輸電導(dǎo)線損失的電壓：U損=U2-U3=I線R線 （3）輸電導(dǎo)線損耗的電功率：P損=P3-P2=I線U損=I線2R線=( )2R線 由以上公式可知，當(dāng)輸送的電能一定時，輸電電壓增大到原來的n倍， 輸電導(dǎo)線上損耗的功率就減少到原來的。 U=Ir線= r線 =U電源U用戶 U P=I2 r線= r線 =P電源P用戶 P例：如圖所示電路，變壓器初級線圈匝數(shù)=1 000匝，

13、次級有兩個線圈，匝數(shù)分別為= 500匝，=200匝，分別接一個R=55的電阻，在初級線圈上接入=220 V交流電。求： （1）兩次級線圈輸出電功率之比； （2）初級線圈中的電流。 注：理想變壓器的動態(tài)分析問題，大致有兩種情況： 一類是負載電阻不變，原副線圈的電壓，電流，輸入和輸出功率隨匝數(shù)比變化而變化的情況。 另一類是匝數(shù)比不變，上述各量隨負載電阻變化而變化的情況。 不論哪種情況都要注意： （1）根據(jù)題意弄清變量與不變量。 （2）要弄清“誰決定于誰”的制約關(guān)系，即理想變壓器各物理量變化的決定因素。 動態(tài)分析問題的思路程序可表示為： 例：如圖所示電路中的變壓器為理想變壓器，S為單刀雙擲開關(guān)。P是滑動變阻器R的滑動觸頭，為加在原線圈兩端的交變電壓，、分別為原線圈和副線圈中的電流。下列說法正確的是（ ） A保持P的位置及不變，S由b切換到a，則R上消耗的功率減小 B保持P的位置及不變，S由a切換到b，則減小 C保持P的位置及不變，S由b切換到a，則增大 D保持不變，S接在b端，將P向上滑動，則減小 【