交变电流的产生及描述.ppt

10.1交变电流的产生及描述,交变电流 传感器,第 十 章,一轮复习/Lch,（1）定义：电流大小和方向都随时间作周期性变化的电流。 （2）正弦式电流：随时间按正弦规律变化的交变电流。,1、交变电流,（1）产生条件：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，产生正弦式电流。 （2）变化规律：,电动势：e=Emsint(从中性面开始转动) 电流：i=Imsint 路端电压：u=Umsint,2、正弦式电流的产生和变化规律,一、交变电流的产生,一轮复习/Lch,（3）如果线圈从垂直于中性面的位置开始转动，电路中感应电动势、感应电流和路端电压将按余弦规律变化： e=Emcost i=Imcost u=Umcost,中性面在垂直于磁场位置 线圈通过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，感应电动势为零 线圈平面每转过中性面时，线圈中感应电流方向改变一次，转动一周线圈两次通过中性面，故一周里线圈中电流方向改变两次,3、中性面,一轮复习/Lch,【例1】有一正弦交流电源，电压有效值U=120V，频率为f=50Hz向一霓虹灯供电，若霓虹灯的激发电压和熄灭电压均为U0=60 V，试估算在一个小时内，霓虹灯发光时间有多长？,解析：,交流电的可能瞬时表达式为,如图所示，t1表示霓虹灯不能发光的时间，根据对称性，一个周期内霓虹灯不能发光的时间为4t1，,当u=U0=60 V时，由上式得t1=1/600s，再由对称性求得一个周期内能发光的时间：t=T-4t1=,再由比例关系求得一小时内霓虹灯发光的时间为： t=,一轮复习/Lch,解析：不低于220 V,事实上，电容器接在交流电路中一直不断地进行充、放电过程.电容器两极间电压最大可达220 V，故电容器C的耐压值应不低于220 V,二、表征正弦式电流的物理量,1、最大值 交变电流的最大值也叫峰值，它反映的是交流电大小的变化范围。电容器接在交流电路中，则交变电压的最大值不能超过电容器的耐压值，否则将被击穿。 电动势：Em=2NBLv=NBS 电流：Im=Em/(r+R) 路端电压：Um=ImR,【例2】把一电容器C接在220V的交流电路中，为了保证电容不被击穿，电容器C的耐压值是多少？,一轮复习/Lch,交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的：让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相同的时间内产生的热量相等，就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值。 正弦交流电的有效值跟最大值之间的关系是：,对于非正弦电流的有效值以上关系不成立，应根据定义来求。通常所说交流电压、电流是用电压表、电流表测得的，都是指有效值.用电器上所标电压、电流值也是指有效值.在计算交流电通过导体产生热量、热功率以及确定保险丝的熔断电流时，必需用有效值。,2.有效值,一轮复习/Lch,【例3】 通过某电阻的周期性交变电流的图象如右。求该交流电的有效值I。,解：该交流周期为T=0.3s，前t1=0.2s为恒定电流I1=3A，后t2=0.1s为恒定电流I2= -6A，因此这一个周期内电流做的功可以求出来，根据有效值的定义，设有效值为I，根据定义有： I 2RT=I12Rt1+ I22Rt2 带入数据计算得：I=3 A,一轮复习/Lch,3.平均值：它是指交流电图象中图线与横轴所围成的面积值跟时间的比值。其量值可用法拉第电磁感应定律来求。,计算通过导体截面的电量时，必须用电流的平均值（ ）。,一轮复习/Lch,周期（T）：交流电完成一次周期性变化所用的 时间。 频率（f）：交流电在1s 内完成周期性变化的次 数。等于发电机的转数（n）。 角频率（）：,单位：rad/s,4、周期和频率：（我国民用电：T=0.02s，f=50Hz）,一轮复习/Lch,【例4】如图所示，求单匝线圈由图示位置转过60角的过程中，通过线圈某一横截面的电量（已知线圈电阻为R）.,而,又,，,解析：在计算电量问题中，一定要用电流的平均值,由法拉第电磁感应定律,一轮复习/Lch,从中性面开始计时，交流电的随时间变化的图象为正弦曲线。,三、正弦式电流的图象,四、交流发电机,当线圈从中性面开始转动时，电路中的感应电流、路端电压与感应电动势的变化规律相同，如图所示,一轮复习/Lch,【例5】 电学元件的正确使用，对电路安全工作起着重要作用。某电解电容器上标有“25V ，450F”字样，下列说法中正确的是 A.此电容器在交流、直流电路25V的电压时都能正常工作 B.此电容器只有在不超过25V的直流电压下才能正常工作 C.当工作电压是直流25V时，电容才是450F D.若此电容器在交流电压下工作，交流电压的最大值不能超过25V,解：电解电容器的极性是固定的，因此只能在直流电压下工作。选B,一轮复习/Lch,解：电压表的示数为交流电压有效值，由此可知最大值为Um= U=20V。,【例6】交流发电机的转子由BS的位置开始匀速转动，与它并联的电压表的示数为14.1V，那么当线圈转过30时交流电压的瞬时值为_V。,而转过30时刻的瞬时值为u=Umcos30=17.3V。,一轮复习/Lch,【例7】交流发电机转子有n匝线圈，每匝线圈所围面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，匀速转动的角速度为，线圈内电阻为r，外电路电阻为R。当线圈由图中实线位置匀速转动90到达虚线位置过程中，求：通过R的电荷量q为多少？R上产生电热QR为多少？外力做的功W为多少？,解：由电流的定义，计算电荷量应该用平均值：即,根据能量守恒，W=Q,求电热应该用有效值，先求总电热Q，再按照内外电阻之比求R上产生的电热QR。,一轮复习/Lch,【例8】左图所示是某种型号的电热毯的电路图，电热毯接在交变电源上，通过装置P使加在电热丝上的电压的波形如右图所示。此时接在电热丝两端的交流电压表的读数为 （ ） A.110V B.156V C.220V D.311V,B,解：从u-t图象看出，每个周期的前半周期是正弦图形，其有效值为220V；后半周期电压为零。根据有效值的定义，,，得U=156V，选B。,一轮复习/Lch,例2：,两只由同种材料、相同规格的导线绕制的单匝矩形线框，在同一匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，产生的感应电动势随时间变化的图象分别如图中（1）和（2）的图线所示，则下列说法正确的是（ ） A它们经过空间同一位置时的磁通量大小一定相等 B它们经过空间同一位置的感应电动势大小一定相等 C它们经过空间同一位置时的感应电流大小一定相等 D它们的电动势的有效值一定相等,BD,一轮复习/Lch,例3：,如图所示，一正方形导线框置于匀强磁场中，线框平面与磁场垂直，线框的cd边刚好与磁场边界重合。若将线框在时间t内匀速向右拉出磁场至虚线所示位置，线框中产生的焦耳热为Q1，通过导线横截面的电量为q1；若将线框以cd为轴，在时间t内匀速翻转1800至图中虚线位置