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交流电
 2008-10-13   

1、        交流电
2、基本要求:
        (1)理解正弦交流电的产生及变化规律                ①矩形线圈在匀强磁场中,从中性面开始旋转,在已知B、L、 情况下,会写出正弦交流电的函数表达式并画出它的图象。
                ②函数表达式与图象相互转换。
        (2)识记交流电的物理量,最大值、瞬时值、有效值;周期、频率、角频率;
        (3)理解变压器的工作原理及初级,次级线圈电压,电流匝数的关系。理解远距离输电的特点。        
一、交流电的产生及变化规律:
        1、产生:强度和方向都随时间作周期性变化的电流叫交流电。
        矩形线圈在匀强磁场中,绕垂直于匀强磁场的线圈的对称轴作匀速转动时,如图5—1所示,产生正弦(或余弦)交流电动势。当外电路闭合时形成正弦(或余弦)交流电流。

图5—1
        2、变化规律:
        (1)中性面:与磁力线垂直的平面叫中性面。
        线圈平面位于中性面位置时,如图5—2(A)所示,穿过线圈的磁通量最大,但磁通量变化率为零。因此,感应电动势为零 。

图5—2
        当线圈平面匀速转到垂直于中性面的位置时(即线圈平面与磁力线平行时)如图5—2(C)所示,穿过线圈的磁通量虽然为零,但线圈平面内磁通量变化率最大。因此,感应电动势值最大。        (伏)       (N为匝数)
        (2)感应电动势瞬时值表达式:        若从中性面开始,感应电动势的瞬时值表达式: (伏)如图5—2(B)所示。        感应电流瞬时值表达式: (安)
        若从线圈平面与磁力线平行开始计时,则感应电动势瞬时值表达式为: (伏)如图5—2(D)所示。        感应电流瞬时值表达式: (安)
        3、交流电的图象: 图象如图5—3所示。 图象如图5—4所示。

        想一想:横坐标用t如何画。
        4、发电机:发电机的基本组成:线圈(电枢)、磁极
   种类
        旋转磁极式发电机能产生高电压和较大电流。输出功率可达几十万千瓦,所以大多数发电机都是旋转磁极式的。
二、表征交流电的物理量:
        1、瞬时值、最大值和有效值:        交流电在任一时刻的值叫瞬时值。
        瞬时值中最大的值叫最大值又称峰值。
        交流电的有效值是根据电流的热效应规定的:让交流电和恒定直流分别通过同样阻值的电阻,如果二者热效应相等(即在相同时间内产生相等的热量)则此等效的直流电压,电流值叫做该交流电的电压,电流有效值。
        正弦(或余弦)交流电电动势的有效值 和最大值 的关系为:
        交流电压有效值 ;        交流电流有效值 。
        注意:通常交流电表测出的值就是交流电的有效值。用电器上标明的额定值等都是指有效值。用电器上说明的耐压值是指最大值。
        2、周期、频率和角频率
        交流电完成一次周期性变化所需的时间叫周期。以T表示,单位是秒。
        交流电在1秒内完成周期性变化的次数叫频率。以f表示,单位是赫兹。
        周期和频率互为倒数,即 。        我国市电频率为50赫兹,周期为0.02秒。
        角频率 :   单位:弧度/秒
三、变压器:
        1、变压器是可以用来改变交流电压和电流的大小的设备。
        理想变压器的效率为1,即输入功率等于输出功率。对于原、副线圈各一组的变压器来说(如图5—6),原、副线圈上的电压与它们的匝数成正。

        即         
        因为有 ,因而通过原、副线圈的电流强度与它们的匝数成反比。
        即         
        注意:①对于副线圈有两组或两组以上的变压器来说,原、副线圈上的电压与它们的匝数成正比的规律仍然成立,但各副线圈的电流则应根据功率关系 ,去计算各线圈的电流强度,即 。
        ②当副线圈不接负载(外电路断开时)I2=0, ,因此 。
        ③当副线圈所接负载增多时,由于通常负载多是并联使用,因此,总电阻减少,使 增大,输出功率增大,所以输入功率变大。
        ④因为 ,即 ,所以变压器中高压线圈电流小,绕制的导线较细,低电压的线圈电流大,绕制的导线较粗。
        ⑤上述各公式中的I、U、P均指有效值,不能用瞬时值。
        2、远距离送电:
        由于送电的导线有电阻,远距离送电时,线路上损失电能较多。
        在输送的电功率和送电导线电阻一定的条件下,提高送电电压,减小送电电流强度可以达到减少线路上电能损失的目的。
        线路中电流强度I和损失电功率计算式如下:
        注意:送电导线上损失的电功率,不能用求,因为不是全部降落在导线上
 
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