交变电流是怎样产生

二、交变电流的产生原理
二、交变电流的产生原理
v
(丙)
特点: B⊥S，中性面，Φ最大
d
a
O
v
B
没有边切割磁感应线 无感应电动势产生
磁通量的变化率为零
eab 0 e eab ecd 0
i=0
二、交变电流的产生原理
二、交变电流的产生原理
va
·
×
O
v dB
特点:B∥S，φ=0
ab、dc边垂直切割磁感应线
a
θ
B
O v
d
三、交变电流的变化规律
金属杆dc长l，以速度v，与磁场成θ切割磁感线，问杆上 产生的感应电动势e = ?
v⊥
v
d (c) θ B v∥
e Blv Blv sin
三、交变电流的变化规律
a
v
θ
O
eab Blv Blv sint ecd Blv Blv sint B e eab ecd
四、交变电流的特点
1、表征交变电流大小物理量 ①瞬时值：
对应某一时刻的交流的值: e , i , u ②峰值：
i/A
电流最大值
Im
电流瞬时值 t/s
0
即最大值: Um,Ｉm,Em
Em= NsBω
Ｉm=Em/ R
Um=Im R
③有效值：描述交流电做功或热效应的物理量
E Em 2
I Im 2
U Um 2
ⅴ、在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值。
④平均值：
E N t
求通过某导体截面的电量一定要用平均值。
A．0.25P B．0.5P C．P D．2P
6：边长为a的单匝正方形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，
以OO’为轴匀速转动，角速度为ω，转轴与磁场方向垂直，线圈
电阻为R，求： (1)线圈从图示位置转过T／4的过程中产生的热量Q
解析： Em Ba2
I Im Ba2
2 2R
tT
Q
4
I 2Rt
例：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。
解析： 周期T＝0.02s ω＝2π/T＝314rad/s Im＝14.14/sin45°＝20A
表达式：i＝20sin(314t) A
例3：如图表示一交流的电流随时间变化的图像，此交 变电流的有效值是多大？
磁通量变化最快
有感应电动势产生
eab Blv e eab ecd 2Blv
e最大，i最大，感应电流方向d → c → b → a
二、交变电流的产生原理
二、交变电流的产生原理
b
c
a
d
kA
L
B
c
d
b
K L
A
a
B
无电流
电流最大、方向：d-a-b-c-d
c
b
d
a
k
A
L
B
b a
c
K
A
L
d
B
b
c
a
d
2
Ba2
2R
2
R
2
B2a4
4R
(2)线圈从图示位置转过T／4的过程中通过 线圈某截面的电量q
q It 2Ba2 Ba2 R 2 R
四、交变电流的特点
③有效值： ⅰ、意义：描述交流电做功或热效应的物理量
ⅱ、定义：跟交流热效应相等的恒定电流的值叫做交流的有效值。
ⅲ、正弦交流的有效值与峰值之间的关系是
没有边切割磁感应线 无感应电动势产生
磁通量的变化率为零
eab 0 e eab ecd 0 i=0
二、交变电流的产生原理
二、交变电流的产生原理
vd
·
×
O
v aB
特点: B∥S，φ=0
ab、dc边垂直切割磁感应线
磁通量变化最快
有感应电动势产生
eab Blv e eab ecd 2Blv e最大，i最大，感应电流方向a → b → c → d
1、表征交变电流大小物理量 ①瞬时值：
对应某一时刻的交流的值: e , i , u ②峰值：
Ui/A/V
电压流最大值
UImm
电压流瞬时值 t/s
0
即最大值: Um,Ｉm,Em
Em= NsBω
Ｉm=Em/ R
Um=Im R
注意：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线方向的轴匀速转动时， 所产生感应电动势的峰值为Em=NBSω，即仅由匝数N，线圈 面积S，磁感强度B和角速度ω四个量决定。与轴的具体位置， 线圈的形状及线圈是否闭合都是无关的。
kA
L
B
无电流
电流最大、方向: a-d-c-b-a
无电流
二、交变电流的产生原理
1、感应电动势的大小和方向随时间做周期性变化。
2、感应电流的大小和方向也随时间做周期性变化。
a、线圈转动一周，两次经过中性面， 电流方向改变两次，
v
b、线圈转到中性面位置磁通量最大， 这时感应电动势最小，为零。
c、线圈转到垂直中性面位置磁通量最小， 这时感应电动势是最大。
(2)线圈转过1/30s时电动势的瞬时值多大；e 50sin(10 1 ) 43.3V
30
(3)电路中电压表和电流表示数各是多少；
电动势的有效值为 E Em 50 35.4V 22
电流表的示数 I E 35.4 3.54A R r 91
电压表的示数 U IR 3.949 31.86V
E Em 2
I Im 2
U Um 2
注意：正弦交流的有效值和峰值之间具有这样的关系，非正弦 （或余弦）交流无此关系，但可按有效值的定义进行推导.
四、交变电流的特点
ⅳ、交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值；交流电 流表和交流电压表通过交流电时，实际上已经由电表内部元件 把交流电变成了等效的直流，所以读数就是交流的有效值，并 且电表的指针不会忽左忽右地摆动。对于交流电若没有特殊说 明的均指有效值;电路中的保险丝的额定电流指有效值;电容器耐 压值指峰值.
④平均值： E N t
求通过某导体截面的电量一定要用平均值。
四、交变电流的特点
2、表征交流电变化快慢的物理量
U/V
交流电也用周期和频率来表示变化 的快慢
T = 1/f
0
ω = 2π/T = 2πf
T t/s
我国生产和生活用交流电的周期T＝____0_.0_2_s，频率f＝ ___5_0____Hz，角速度ω＝___3_1_4__rad/s，在1内电流的方向变化 ______1_0_0__次。
e 2Blvsint BSsint
v ×
d
e 2nBlv sin t
e nBS sint
当 t
2
sint 1 时 ，感应电动势最大，用 Em 表示，
Em 2nBL nBS
e Em sint
三、交变电流的变化规律 1、电动势按正弦规律变化 e Em sin t
成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时． 问题：从垂直中性面位置开始转动，变化规律如何呢？
42
3 2
解析：交流的有效值等于热效应与此交流等效的直流电的值， 为分析方便，可选交流电的一个周期进行研究。设此交变电流 的有效值为I，根据交流有效值的定义，有：
I 2RT
1 2
I12 RT
1 2
I 2 2 RT
42
所以： I
1 2
(I12
I
2 2
)
3 2
1 2
(4
2)2 (3
2)2 5A
无论哪种发电机，转动的部分都叫转子，固定不动 的部分都叫定子。
二、交变电流的产生原理
实验：
c d
b a
矩形线圈abcd在磁场中绕oo’ 匀速转动，ab、 cd做切割磁感线运动，使线圈中产生感应电动势和
感应电流。
二、交变电流的产生原理
二、交变电流的产生原理
v
a
O
v
B
(甲)
特点: B⊥S，中性面，Φ最大
例4：如图表示一交流随时间变化的图像，求此交流的 有效值。
解析：I 2RT
I12
R
T 2
I
2 2
R
T 2
I 2 ( 2 )2 1 ( 4 )2 1 22 22
I 5A
例5：一个电阻接在10V的直流电源上，它的发热功 率是P，当接到电压为u=10sinωtV的交流电源上，它 的发热功率（ B ）
2、电流按正弦规律变化 i Im sin t
3、电路上的电压按正弦规律变化 u Um sin t
三、交变电流的变化规律
4、图象
b
c
c
d
a
d
Biblioteka Baidu
k
L
A
B
b
K L
A
a
B
c
b
b
a
dk
a
A
LABcKdakbLc B
c
KA
L
d
B
b
c
a
d
kA
L
B
e
Em
T/4
2T/4
o
π/2
π
e Em sint
e : 电动势的瞬时值
3T/4
3π/2
T
t
2π ωt
Em ：电动势的最大值
三、交变电流的变化规律
i
Im π
0.5T -Im
2π ωt
T
t
i Im sint
Im ：感应电流的最大值 i : 感应电流的瞬时值
u Um
－Um
π 0.5T
2π ωt
T
t
u Um sint
Um ：电压的最大值 u : 电压的瞬时值
四、交变电流的特点
3.2 交变电流的产生
一、交流发电机
1、原理： 由法拉第电磁感应定律
可知，只要闭合导体与磁 体做相对运动，使通过闭 合导体的磁通量发生变化 ，从而产生感应电动势和 感应电流。
交流发电机利用上述原理，把机械能转化成电能。
一、交流发电机
2、结构： 发电机主要由线圈（电枢
）和磁极两部分组成。
3、分类： 旋转电枢式发电机 旋转磁极式发电机
例：如图所示，线圈的面积是0.05㎡，共有100匝；线圈电阻为 1Ω，外接电阻R＝9Ω，匀强磁场的磁感应强度为B＝1/πT，当线 圈以300r/min的转速匀速旋转时，求：
(1)若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的
瞬时表达式； e E50m sin(1t0tN)VBS2 nsin(2 nt)