高中物理选修3-2知识点
交流电的产生及变化规律
一.交流电
大小和方向都随时间作周期性变化的电流,叫做交变电流。 其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流,正弦式电流产生于在匀强电场中,绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈里,线圈每转动一周,感应电流的方向改变两次。
二.正弦交流电的变化规律 线框在匀强磁场中匀速转动. 1.当从图12—2即中性面位置开始在匀强磁场中匀速转动时,线圈中产生的感应电动势随时间而变的函...数是正弦函数:
即e=εmsinωt, i=Imsinωt (ωt是从该位置经t时间线框转过的角度;ωt也是线速度V与磁感应强度B的夹角;ωt是线框面与中性面的夹角)
2.当从图12—1位置开始计时: 则:e=εmcosωt, i=Imcosωt.
3.对于单匝矩形线圈来说Em=2Blv=BSω;对于n匝面积为S的线圈来说Em=nBSω,对于总电阻为R的闭合电路来说Im?EmR 三.几个物理量
1.中性面:如图12—2所示的位置为中性面,对它进行以下说(1) 此位置过线框的磁通量最多.
(2) 此位置磁通量的变化率为零.所以 e=εmsinωt=0, i=Imsinωt=0
(3) 此位置是电流方向发生变化的位置,具体对应图12-3中的t2,t4时刻,因而交流电完成一次全变化中线框两次过中性面,电流的方向改变两次,频率为50Hz的交流电每秒方向改变100次.
2.交流电的最大值: εm=BωS 当为N匝时εm=NBωS
(1)ω是匀速转动的角速度,其单位一定为弧度/秒,nad/s
(2)最大值对应的位置与中性面垂直,即线框面与磁感应强度B在同一直线上. (3)最大值对应图12-3中的t1、t2时刻,每周中出现两次. 3.瞬时值e=εmsinωt, i=Imsinωt代入时间即可求出.
明:
不过写瞬时值时,不要忘记写单位,如εm=2202V,ω=100π,则e=2202sin100πtV,不可忘记写伏,电流同样如此.
4.有效值:为了度量交流电做功情况人们引入有效值,它是根据电流的热效应而定的.就是分别用交流电,直流电通过相同阻值的电阻,在相同时间内产生的热量相同,则直流电的值为交流电的有效值.
(1)有效值跟最大值的关系εm=2U
有效
,Im=2I
有效
(2)伏特表与安培表读数为有效值.(3)用电器铭
牌上标明的电压、电流值是指有效值.
5.周期与频率:交流电完成一次全变化的时间为周期;每秒钟完成全变化的次数叫交流电的频率.单位1/秒为赫兹(Hz).
四、最大值、平均值和有效值的应用
1、正弦交变电流的电动势、电压和电流都有最大值、有效值、瞬时值和平均值的区别。
以电动势为例:最大值用Em表示,有效值用E表示,瞬时值用e表示,平均值用E表示。它们的关系为
E=Em/2,e=Emsinωt。
平均值不常用,必要时要用法拉第电磁感应定律直接求:E?n??。切记E?E?t1?E22。
特别要注意:有效值和平均值是不同的两个物理量,有效值是对能的平均结果,平均值是对时间的平均................值。
在一个周期内的前半个周期内感应电动势的平均值为最大值的2/π倍,而一个周期内的平均感应电动势为零。
2、我们求交流电做功时用有效值,求通过某一电阻电量时一定要用电流的平均值交流电,在不同时间内平均感应电动势,平均电流不同.考虑电容器的耐压值时则要用最大值。 3、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。 ⑴只有正弦交变电流的有效值才一定是最大值的2/2倍。 ......
⑵通常所说的交变电流的电流、电压;交流电表的读数;交流电器的额定电压、额定电流;保险丝的熔断电流等都指有效值。
(3)生活中用的市电电压为,其最大值为(有时写为),频率为,所以其电Z................220V..........220...2V=311V...........310V.........50H...压即时值的表达式为=311sin314tV。 .........u.............
2、理想变压器的基本关系
理想变压器:磁通量全部集中在铁芯中(没有漏磁)变压器本身不损耗能量。 对于理想变压器,物理量之间的依存关系: (1)理想变压器的输入功率等于输出功率
,且输入功率受输出功率控制。
(2)当原、副线圈、一定时,输出电压由决定,与负载无关。且有。
(3)当原、副线圈负载的大小有关。
、一定时,输入电流由输出电流决定,且有关系,而与所接
(4)当有若干个副线圈时,其总的约束关系为
各线圈的电压关系与初级线圈电压的关系跟线圈匝数关系不变。 各线圈中电流的关系为
(5)变压器的负载越大,是指并接在副线圈上用电器越多,即负载电阻越小。 3、远距离输电应注意的问题
(1)远距离输电要解决的关键问题是减少输电线上的电能损耗,根据
,具体方法有:其
一是减少输电线的电阻,用电阻率小的材料或加大导线的横截面积。实际分析表明其作用十分有限。其二是提高输电电压,减小输电电流,这是一种有效的方法。
(2)要能画出远距离输电电路,能帮助自己进行分析问题,电路如图。
(3)善于以变压器为界划分好各个回路,对各个回路独立运用欧姆定律、焦耳定律和电功、电功率进行分析计算。
(4)抓住各回路之间的物理量的联系,如变压器两侧的功率关系,电流、电压与匝数的关系;导线
上的电能损耗,导线上的电压损失为。(P为输送的总功率)
于远距离输电电路来说,属于非纯电阻电路(有电感),电功和电热是不相等的,计算时要引起注意;此外,输电电线有两条,计算时要计算两条电线的电阻为整个输电线的总电阻。 4、三相交流电
(1)三相交流电的产生:三相交流电是由三个互成1200角的线圈,同时绕垂直磁场中轴共同转动,
线圈中产生三个交变电动势,输出的电流是三相电流;这三个电动势大小相相等,周期相同,依次相差个周期达到最大值。
(2)三相交流电的连接方法:发电机三个线圈可发采用Y接法,也可以采用Δ接法,具体接法要根据电路要求;同样用电负载的接法也有用Y接法和Δ接法,具体根据用电器的接法要求而定。但要注意Y接法和Δ接法不是以往的串、并联。
(3)相电压、线电压均为交流电的有效值,目前我国民用电采用三相四线制供电,可提供有效值为220V(一相与地间之间的电压),380V(两根相线之间的电压)两种电压。他们的最大值分别是
V。但要注意:
与
的关系是不同的。
V,