5.1《交变电流》PPT课件(共47页)

5.1《交变电流》1、直流电流(DC)方向不随时间变化的电流2、交变电流(AC)大小和方向都随时间做周期性变化的电流一、交变电流的概念交变电流是如何产生的呢？ti交流发电机模型二、交变电流的产生1、线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动二、交变电流的产生2、过程分析（1）在线圈转动的过程中，那些边会产生感应电动势？ab边cd边（2）怎样将立体图转化为平面图？将立体图转化为平面图（3）在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？丙转到丁呢？（4）线圈转到什么位置，电流最小（没有电流）？线圈转到什么位置，电流最大？由a→b由b→aB⊥SΦ最大E=0I=0中性面垂直磁场方向的平面叫做中性面。线圈经过中性面时，Φ最大，但线圈中的电动势为零2、过程分析(V//B)B∥SΦ=0E最大I最大感应电流方向a到b线圈与磁场平行时，Φ最小，但线圈中的电动势最大(V⊥B)B⊥SΦ最大E=0I=0中性面B∥SΦ=0E、I最大感应电流方向b到aV//BV⊥B线圈转动一周，多少次经过中性面?电流方向改变多少次?思考与讨论1.中性面：垂直磁场方向的平面．（1）线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大φ=BS，但△φ/△t=0最小，（ab和cd边都不切割磁感线），线圈中的感应电动势为零．（2）线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈转动一周，两次经过中性面，电流方向改变两次．2.线圈与磁感线平行时，φ=0,△φ/△t最大，感应电动势最大。以线圈经过中性面开始计时，切割边L1，另一边L2,推导任意时刻t线圈中的感应电动势（演示）12sineNBLvt22Lv又12sineNBLLt∴12mENBLL令则有sinmeEte为电动势在时刻t的瞬时值，Em为电动势的最大值（峰值）NBSω=NBSω三、交变电流的变化规律tEemsin1、电动势按正弦规律变化2、电流按正弦规律变化tIimsin3、电压按正弦规律变化tUumsin电流i通过R时：.mmuiRUIR，成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时maxnBSEeoEmT/42T/43T/4Tπ/2π3π/22πωttabcdKLABabcdKLABabcdkLABabcdkLABabcdkLAB四、交流电的图像作图时规定感应电动势正方向为abcdaEm=nBsωmeEsint五、交流发电机转子电刷电刷定子1、组成：①用来产生感应电动势的线圈（叫电枢）②用来产生磁场的磁极2、种类①旋转电枢式发电机②旋转磁极式发电机转动的部分叫转子，不动的部分叫定子1、一矩形线圈,绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面的固定轴转动,线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示,下面说法中正确的是A.t1时刻通过线圈的磁通量为零B.t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大C.t3时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大D.每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值最小et0t1t2t3t4Em-EmC2.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动。设线圈ab边长为20cm，ad边长为10cm，磁感应强度B=0.01T，线圈的转速n=50r/s，求：电动势的最大值及对应的线圈位置。0.0628V线圈平面与磁场方向平行。3一台发电机在产生正弦式电流。如果发电机电动势的峰值为Em=400V，线圈匀速转动的角速度为ω=314rad/s，试写出电动势瞬时值的表达式。如果这个发电机的外电路只有电阻元件，总电阻为2000Ω，电路中电流的峰值是多少？写出电流瞬时值的表达式。e=EmsinWt=400sin314t解：电动势瞬时值的表达式为：电流峰值为：Im=Em/R=400÷2000=0.2A电流瞬时值的表达式为：i=ImsinWt=0.2sin314t交变电流的描述——常用物理量1、周期和频率：（1）周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间。（2）频率：一秒内完成周期性变化的次数。（3）关系：1fT22fT周期和频率常用来描述交流电变化的快慢一个周期内电流方向改变两次itO如图所示为某正弦交流电流的图像，求其峰值、周期和角速度，并写出该电流的瞬时值表达式。Im＝20Aω＝100πrad/s.电流的瞬时表达式为i＝20sin100πtT＝0.02s课堂练习思考与讨论某交变电流波形如图所示，现将其通入一阻值R=1Ω的电阻中，求：1）通电1s的时间内电阻R中产生的热量；2）若有一大小、方向均不随时间变化的恒定电流通过该电阻，要在1s内产生同样的热，其电流的值应为多大？221122(1)22QIRtIRt2.8J2(2)QIRt2.8IA交变电流的描述——常用物理量有效值一般用来计算交流电做功问题2、有效值：EIU根据电流的热效应来规定，让交变电流和恒定电流通过相同阻值的电阻，如果它们在交变电流的一个周期内产生的热量相等，就把描述这一恒定电流的数值叫做这一交流电的有效值。（1）定义：（2）正弦交流电的有效值与最大值的关系：2mEE2mII2mUU只适用于正弦交流电(3)说明：a.交流用电器铭牌上所标的的额定电压和额定电流指的是有效值（电容器除外，电容器铭牌上标注的击穿电压应为最大值）；b.交流电流表和交流电压表的读数是有效值c.对于交流电若没有特殊说明的均指有效值交变电流的描述——常用物理量3、有效值：EIU(4)有效值与平均值：b.平均值只表示某段时间内交变电流的平均大小，只有在计算流过导体横截面的电荷量时才用平均值。交变电流的描述——常用物理量4、有效值：EIUa.有效值是从电流做功的角度来进行定义的，凡是涉及到功、功率或电热的计算均用有效值平均值EntRru甲=Emsinωtu乙=Emsin(ωt+)1、正弦符号sin后面的量ωt+叫做交变电流的相位，其中是t=0时的相位，叫做交变电流的初相位。三、相位2.两支交流的相位之差叫做它们的相位差．例如两支交流电，u1＝Emsin(ωt＋Φ1)，u2＝Emsin(ωt＋Φ2)，它们的频率相同，但初相位不同，它们的相位差(ωt＋Φ2)－(ωt＋Φ1)＝Φ2－Φ1，是一个常量，等于两个初相之差，不随时间变化，可以说，这两支交变电流的变化规律是相同的，只是步调不同．三、相位3、不同的交流发电机向同一电网供电，相位差必须为零。否则：会使输电效率降低，甚至损坏输电设备。例7：下图所示的三支交变电流，峰值相同的是________，相位相同的是________，周期相同的是_______________。A、BB、CA、B、C某交流电压随时间的变化规律如图所示，则此交流电的频率是_____Hz。若将该电压加在10uF的电容器上，则电容器的耐压值不应小于______V；若将该电压加在一阻值为1KΩ的纯电阻用电器上，用电器恰能正常工作，为避免意外事故的发生，该电路中保险丝的额定电流不能低于______A。200－20020.252000.12u/vt/s课堂练习图中两交变电流通过相同的电阻R。求：（1）分别写出它们的有效值、周期和频率。（2）计算它们在R上产生的功率之比。（2）P甲:P乙＝I12R:I22R＝（I1／I2）2＝1:215(1)22IA10.4Ts12.5fHz25IA20.4Ts22.5fHz课堂练习