交變電流.ppt

1、,交變電流,一、交變電流 1.交變電流： . ，這種電流叫交變電流，俗稱交流電.如圖11-1-1所示.,圖11-1-1,電流的大小和方向做 周期性的變化,2.交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律 當(dāng)閉合矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，繞垂直于磁感線的軸做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，閉合線圈中就有交流電產(chǎn)生.如圖11-1-2所示.,圖11-1-2,設(shè)矩形線圈abcd以角速度繞OO軸從線圈平面跟磁感線垂直的位置開始逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng).此時(shí)，線圈都不切割磁感線，線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于零.經(jīng)過時(shí)間t線圈轉(zhuǎn)過t角，這時(shí)ab邊的線速度v方向跟磁感線方向夾角等于t，設(shè)ab邊的長(zhǎng)度為l，bd邊的長(zhǎng)度為l，線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 為e=.,由上式知，勻強(qiáng)磁場(chǎng)中

2、，繞垂直于磁感線的軸做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈里產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是按正弦規(guī)律變化的.電動(dòng)勢(shì)：e=Emsint，電壓：u=Umsint，電流：i=Imsint,3.中性面 當(dāng)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)至線圈平面于磁感線位置時(shí)，各邊都不切割磁感線，線圈中沒有感應(yīng)電流，這個(gè)特定位置叫做中性面.應(yīng)注意： 中性面在垂直于磁場(chǎng)位置.,垂直,線圈通過中性面時(shí)，穿過線圈的磁通量. 線圈平面通過中性面時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為. 線圈平面每轉(zhuǎn)過中性面時(shí)，線圈中感應(yīng)電流方向，轉(zhuǎn)動(dòng)一周線圈兩次通過中性面，故一周期內(nèi)線圈中電流方向改變兩次.,最大,零,改變一次,4.正弦交流電流的圖象矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，繞垂直于磁感線的軸做勻角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈里產(chǎn)生正弦交流

3、電.當(dāng)線圈從中性面開始轉(zhuǎn)動(dòng)，在一個(gè)周期中：0T/4時(shí)間內(nèi)，線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)從0達(dá)到最大值Em.在T/4T/2時(shí)間內(nèi)，線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)從最大值Em減小到0.在 3T/4時(shí)間內(nèi)，線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)從0增加到負(fù)的最大值-Em.在3T/4T時(shí)間內(nèi)，線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的值從負(fù)的最大值-Em減小到0.,電路中的感應(yīng)電流、路端電壓與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的變化規(guī)律相同，如圖11-1-3所示.,圖11-1-3,二、描述交變電流的物理量 1.瞬時(shí)值：它是反映不同時(shí)刻交流電的大小和方向，正弦交流瞬時(shí)值表達(dá)式為：e=Emsint,i=Imsint.應(yīng)當(dāng)注意必須從中性面開始. 生活中用的市電電壓為 _，其最大值為 (有時(shí)寫成為310

4、V)，頻率為 Hz，所以其電壓瞬時(shí)值的表達(dá)式為V.,220V,50,u=311sin314t,2.最大值：也叫峰值，它是瞬時(shí)值的最大值，它反映的是交流電大小的變化范圍，當(dāng)線圈平面跟磁感線平行時(shí)，交流電動(dòng)勢(shì)最大，Em= (轉(zhuǎn)軸垂直于磁感線).電容器接在交流電路中，則交變電壓的最大值不能超過電容器的耐壓值.,NBS,3.平均值：它是指交流電圖象中圖線與橫軸所圍成的面積值跟時(shí)間的比值.其 量值可用法拉第電磁感應(yīng)定律來求，當(dāng)線圈從中性面轉(zhuǎn)過90的過程 中，有.計(jì)算平均值切忌用算術(shù) 平均法即求解.平均值不等于有效值.,4.有效值：交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)規(guī)定的：讓交流和直流電流通過相同阻值的電

5、阻，如果它們?cè)谙嗤臅r(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，就把這一直流的數(shù)值叫做這一交流的有效值.正弦交流電的有效值跟最大值之間的關(guān)系是： E= 0.707Em U=0.707Um I=0.707Im,對(duì)于非正弦電流的有效值以上關(guān)系不成立，應(yīng)根據(jù)定義來求.通常所說交流電壓、電流是用電壓表、電流表測(cè)得的，都是指有效值.用電器上所標(biāo)電壓、電流值也是指有效值.在計(jì)算交流電通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量、電功以及確定保險(xiǎn)絲的熔斷電流時(shí)，只能用有效值.,5.交變電流的周期、頻率、角速度 (1)周期T：交變電流完成一次周期性變化所需的時(shí)間. (2)頻率f：1s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù). (3)角速度：1s內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度. (4)三者關(guān)系：

6、T= ;= =. 我國民用交變電流的周期T= 、頻率f=50Hz、角速度=rad/s.,0.02s,100,2f,*三、感抗和容抗(統(tǒng)稱電抗) 1.感抗表示電感對(duì)交變電流的阻礙作用，其特點(diǎn)是“通直流，阻交流”、“通低頻，阻高頻”. 2.容抗表示電容對(duì)交變電流的阻礙作用，其特點(diǎn)是“通交流，隔直流”、“通高頻，阻低頻”.,描述交變電流的物理量 某交變電流電壓表達(dá)式u=20sin314tV，求這個(gè)交變電壓的最大值Um、有效值U、周期T、頻率f，畫出交變電流的u-t圖象.,已知交變電流的電壓表達(dá)式u=Umsint，正弦符號(hào)前的系數(shù)即為最大值，根據(jù)正弦式交變電流的電壓有效值與 最大值的關(guān)系U=，可求得U

7、，再根據(jù) T= ，求得T，由f= ，求得f. 據(jù)題意，交變電流電壓最大值Um=20V, 有效值U= , T=0.02s, f=50Hz.,畫出交變電流的電壓隨時(shí)間變化圖象如下圖所示.,對(duì)于正弦交變電流，有效值與最大值之間有如下關(guān)系： I=,U=,非正弦式交變電流，上述關(guān)系式不成立，它的有效值應(yīng)根據(jù)有效值的定義來求.,變式訓(xùn)練1：如圖1118所示的是某種正弦式交變電壓的波形圖，由圖可確定該電壓的( ) A周期是0.01s B最大值是220V C有效值是220V D表達(dá)式為u=220sin100pt(V),圖1118,完全相同的兩個(gè)電熱器，分別通以圖11-1-9所示的兩種電流，最大值相同的方波交變

8、電流和正弦交變電流，則這兩個(gè)電熱器的電功率之比為PaPb為() A.11B.21C.12D.12,圖11-1-9,方波交變電流，通過純電阻用電器時(shí)，其電流大小均為Im，只是方向做周期性變化.電熱器產(chǎn)生的熱量與電流方向無關(guān).而正弦交變電流的電功率P=I2R中I是交變電流的有效值，正弦交流電的有效值與最大值的關(guān)系為I=. 方波交變電流通過R時(shí)，產(chǎn)生的功率 正弦交變電流通過R時(shí)，產(chǎn)生的功率 故有PaPb=21，選B,變式訓(xùn)練2：在如圖11-1-:10所示的交變電流中，每個(gè)周期的后半周期的圖象為半個(gè)周期的正弦曲線.求此交變電流的有效值.,圖11-1-10,掌握交流電的圖象知識(shí)，會(huì)用圖象解答相關(guān)問題 一

9、矩形線圈，繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E隨時(shí)間t的變化如圖11-1-11所示.,圖11-1-11,下面說法中正確的是( ) A.t1時(shí)刻通過線圈的磁通量為零 B.t2時(shí)刻通過線圈的磁通量的絕對(duì)值最大 C.t3時(shí)刻通過線圈的磁通量變化率的絕對(duì)值最大 D.每當(dāng)E變換方向時(shí)，通過線圈的磁通量的絕對(duì)值都為最大,應(yīng)把交變電流的圖象與線圈轉(zhuǎn)動(dòng)位置對(duì)應(yīng)起來，線圈平面垂直于磁感線的位置為中性面，此時(shí)穿過線圈的磁通量最大，感應(yīng)電流為零，恰是電流改變方向的時(shí)刻，對(duì)應(yīng)圖象中的t1、t3時(shí)刻；線圈平面與磁感線平行時(shí)，穿過線圈的磁通量為零，但磁通量變化率最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，感應(yīng)電流

10、最大，對(duì)應(yīng)圖象中的t2、t4時(shí)刻，因此正確的選項(xiàng)是D.,變式訓(xùn)練3：一正弦交流電的電壓隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖11-1-12所示，,圖11-1-12,由圖可知( ) A.該交流電的電壓瞬時(shí)值的表達(dá)式為u=100sin25tV B.該交流電的頻率為410-2Hz C.該交流電的電壓的有效值為100V D.若將該交流電壓加在阻值為R=100的電阻兩端，則電阻消耗的功率是50W 答案：D,掌握交流電的變化規(guī)律，會(huì)進(jìn)行交流電物理量的計(jì)算 如圖11-1-13所示，矩形線圈abcd的匝數(shù)為n=50匝，線圈ab的邊長(zhǎng)為l1=0.2m，bc的邊長(zhǎng)為l2=0.25m，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=0.4T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，繞垂直于磁感線且通過線圈中線的OO軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度=100 rad/s，若線圈自身電阻為r=1，負(fù)載電阻R=9.,試求： (1)穿過線圈平面的最大磁通量m； (2)線圈在圖示位置(線圈平面與磁感線平行)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e的大??； (3)1min時(shí)間內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q的大小.,圖11-1-13,(1)穿過線圈平面的最大磁通量 m=BS=Bl1l2=0.40.20.25Wb=0.02Wb (2)線圈在圖示位置時(shí)電動(dòng)勢(shì)達(dá)到最大值，此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的值為 e=