课时4 交变电流
一、交变电流的产生和变化规律
1.交变电流:大小和方向都随时间做周期性变化的电流。
2.正弦式电流
(1)产生:在匀强磁场里,线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。
(2)中性面
①定义:与磁场方向垂直的平面。
②特点:线圈位于中性面时,穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变化率为零,感应电动势为零。线圈每经过中性面一次,电流的方向就改变一次。
(3)变化规律(线圈在中性面位置开始计时)
①电动势(e):e=Emsin ωt
②电压(u):u=Umsin ωt
③电流(i):i=Imsin ωt
(4)图象(如图)
二、描述交变电流的物理量
1.交变电流的周期和频率的关系:T=
。
2.峰值和有效值
(1)峰值:交变电流的峰值是它能达到的最大值。
(2)有效值:让交流与恒定电流分别通过大小相同的电阻,如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等,则这个恒定电流I、恒定电压U就是这个交变电流的有效值。
(3)正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系
I=
,U=
,E=
。
(4)通常所说交变电流、电压的数值,各种交流电器设备所标的额定电压和额定电流的数值,一般交流电表测量的数值,都是指有效值(除非有特殊说明)。
三、电感和电容对交变电流的影响
1.电感器对交变电流的阻碍作用
(1)电感器对交变电流有阻碍作用。影响电感器对交变电流阻碍作用大小的因素:线圈的自感系数和交流的频率。线圈的自感系数越大、交流的频率越高,电感对交变电流的阻碍作用越大。
(2)电感器在电路中的作用:通直流,阻交流;通低频,阻高频。
2.电容器对交变电流的阻碍作用
(1)电容器对交变电流有阻碍作用。影响电容器对交变电流阻碍作用大小的因素有电容器的电容与交流的频率,电容器的电容越大、交流的频率越高,电容器对交变电流的阻碍作用越小。
(2)电容器在电路中的作用:通交流,隔直流;通高频,阻低频。
考点一 交变电流的产生与描述
1.产生:当闭合线圈由中性面位置开始在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时,线圈中会产生感应电动势,感应电动势随时间而变化的函数是e=Emsin ωt。
2.规律:若n匝面积为S的线圈以角速度ω绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,从中性面开始计时,其函数形式为e=Emsin ωt,Em=nBSω表示电动势最大值,其电流大小为i=
=
sin ωt=Imsin ωt。
3.交变电流的描述
(1)周期T:交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周)所需的时间,单位是秒(s)。公式T=
。
(2)频率f:交变电流在1 s内完成周期性变化的次数,单位是赫兹(Hz)。公式f=
。
(1)对中性面的理解
①中性面是与磁场方向垂直的平面,是假想的参考面。
②线圈平面位于中性面时,穿过线圈平面的磁通量最大,而磁通量的变化率为零,产生的感应电动势为零。
③线圈平面与中性面垂直时,穿过线圈平面的磁通量为零,但磁通量的变化率最大,产生的感应电动势最大。
④线圈每经过中性面一次,电流方向就改变一次,线圈转动一周,两次经过中性面,所以电流的方向改变两次。
(2)交变电流的瞬时表达式与计时起点有关;若从中性面开始计时,感应电动势的瞬时值表达式为e=nBSωsin ωt,若从线圈平面与磁场方向平行的位置开始计时,感应电动势的瞬时值表达式为e=nBSωcos ωt。
(3)在交流电路中,电压表、电流表等电工仪表的示数均为交变电流的有效值。在没有具体说明的情况下,所给出的交变电流的电压、电流等指的都是有效值。用电器铭牌上标的额定电压、额定电流,交流电表的读数以及涉及热量和热功率的都用有效值。电容器所能承受的电压要高于交流电压的峰值。
