交變電流與遠(yuǎn)距離輸電

1、交變電流與遠(yuǎn)距離輸電一、交變電流的產(chǎn)生1、原理：電磁感應(yīng)2、中性面：線圈平面與磁感線垂直的平面。3、兩個(gè)特殊位置的比較線圈平面與中性面重合時(shí)（SB），磁通量最大，=0，e=0，i=0，感應(yīng)電流的方向?qū)l(fā)生改變。線圈平面平行與磁感線時(shí)（SB），=0，最大，e最大，i最大，電流方向不變。4、 穿過(guò)線圈的磁通量與產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系總是互余的：取中性面為計(jì)時(shí)平面： 函數(shù)圖象磁通量電動(dòng)勢(shì)電壓電流注：對(duì)中性面的理解交流電瞬時(shí)值表達(dá)式的具體形式是由開(kāi)始計(jì)時(shí)的時(shí)刻和正方向的規(guī)定共同決定的。若從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，雖然該時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量最大，但線圈兩邊的運(yùn)動(dòng)方向恰與磁場(chǎng)方向平行，不切

2、割磁感線，電動(dòng)勢(shì)為零，故其表達(dá)式為；但若從線圈平面和磁場(chǎng)平行時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，雖然該時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量為零，但由于此時(shí)線圈兩邊的速度方向和磁場(chǎng)方向垂直，電動(dòng)勢(shì)最大，故其表達(dá)式為。例：矩形線框繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)且在線框平面的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生了交變電流，下列說(shuō)法正確的是（ ） A當(dāng)線框位于中性面時(shí)，線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大 B當(dāng)穿過(guò)線框的磁通量為零時(shí)，線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也為零 C每當(dāng)線框經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電流方向就改變一次 D線框經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，各邊切割磁感線的速度為零 答案：CD【變式訓(xùn)練】一單匝閉合線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，線框中的最大磁通量為，最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

3、為，則下列說(shuō)法中正確的是（ ）.當(dāng)穿過(guò)線框的磁通量為零時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也為零.當(dāng)穿過(guò)線框的磁通量減小時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在增大.當(dāng)穿過(guò)線框的磁通量等于時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于.線框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度【變式訓(xùn)練】如圖所示，矩形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中可以分別繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸P1和P2以相同的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到與磁場(chǎng)方向平行時(shí)( )A.線圈繞P1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電流等于繞P轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電流B.線圈繞P1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電動(dòng)勢(shì)小于繞P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電動(dòng)勢(shì)C.線圈繞P1和P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電流的方向相同，都是abcdD.線圈繞P1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)dc邊受到的安培力大于繞P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)dc邊受到的安培力答案：BD A二、對(duì)交變電流圖像的理解交變電流的圖

4、像包括-t、e-t、i-t、u-t等，具體圖像見(jiàn)上頁(yè)，現(xiàn)只研究e-t圖像從圖像上可得到信息：1、 線圈平面與中性面平行時(shí)為計(jì)時(shí)平面2、 電流最大值3、 周期T和頻率f4、 不同時(shí)刻交流電的瞬時(shí)值5、 線圈處于中性面和電流最大值對(duì)應(yīng)的時(shí)刻6、 任意時(shí)刻線圈的位置和磁場(chǎng)的夾角周期和頻率的計(jì)算公式：周期完成一次周期性變化所用的時(shí)間物理意義：表示交變電流變化快慢的物理量頻率1s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)我國(guó)民用交變電流：T=0. 02 s，f=50 Hz，例：如圖a所示，一矩形線圈abcd放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并繞過(guò)ab、cd中點(diǎn)的軸OO以角速度逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。若以線圈平面與磁場(chǎng)夾角=45°時(shí)（如圖

5、b）為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，并規(guī)定當(dāng)電流自a流向b時(shí)電流方向?yàn)檎?。則下列四幅圖中正確的是：（ ）答案：D【變式訓(xùn)練】在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖1所示，產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)的圖象如圖2所示，則 At =0.005s時(shí)線框的磁通量變化率為零Bt =0.01s時(shí)線框平面與中性面重合C線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)有效值為311VD線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)的頻率為100Hz答案：B三、表征交變電流的物理量1、瞬時(shí)值、峰值（最大值）、有效值、平均值的比較物理量物理含義重要關(guān)系適用情況及說(shuō)明瞬時(shí)值交變電流某一時(shí)刻的值計(jì)算線圈某時(shí)刻的受力情況或力矩的瞬時(shí)值最大值最大的瞬時(shí)值討論電容器的擊穿電壓（耐壓值

6、）有效值跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流值對(duì)正（余）弦交流電有：  （1）計(jì)算與電流的熱效應(yīng)有關(guān)的量（如功、功率、熱量）等（2）電氣設(shè)備“銘牌”上所標(biāo)的一般是有效值（3）保險(xiǎn)絲的熔斷電流為有效值平均值交變電流圖像中圖線與時(shí)間軸所夾的面積與時(shí)間的比值計(jì)算通過(guò)電路截面的電荷量交流電的平均值是指一段時(shí)間內(nèi)交流電瞬時(shí)值的平均值。平均值是由公式確定。它表現(xiàn)為交流圖象中波形與橫軸（t軸）所圍的“面積”對(duì)時(shí)間的比值，其值大小與所取時(shí)間間隔有關(guān)。如正弦式交流電，其正半周期或負(fù)半周期的平均電動(dòng)勢(shì)大小為，而一個(gè)周期內(nèi)的平均電動(dòng)勢(shì)卻為零而技術(shù)上應(yīng)用的交流電的平均值是指一個(gè)周期交流電的絕對(duì)值的平均值，也等于

7、交流電在正半個(gè)周期或周期內(nèi)的平均值。同一交流電的平均值和有效值并不相同。 不同時(shí)間內(nèi)平均值一般不同，平均值大小還和電流的方向有關(guān)，若一段時(shí)間內(nèi)電流的方向發(fā)生改變，則流過(guò)導(dǎo)線橫截面上的電荷量為兩個(gè)方向上的電荷量之差；平均值是和電荷量相關(guān)聯(lián)的，所以凡涉及計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)線橫截面上電荷量的問(wèn)題，應(yīng)利用平均值處理。例：如圖所示，單匝矩形閉合導(dǎo)線框abcd全部處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線框面積為S，電阻為R。線框繞與cd邊重合的豎直固定轉(zhuǎn)軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線框中感應(yīng)電流的有效值I= 。線框從中性面開(kāi)始轉(zhuǎn)過(guò)的過(guò)程中，通過(guò)導(dǎo)線橫截面的電荷量q= 如圖所示，有一單匝矩形線圈，面積為S，內(nèi)阻為r

8、，外電路電阻為R，電流表為理想電表，線圈繞垂直磁感線的對(duì)稱軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從圖示位置轉(zhuǎn)900的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是A通過(guò)電阻R的電量為B通過(guò)電流表的最大電流為C電路消耗的總功率為D從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，R兩端電壓變化的規(guī)律為u=BScost 如圖所示，一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞OO軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，磁場(chǎng)方向與轉(zhuǎn)軸垂直。線圈的長(zhǎng)l1 = 0.50 m，寬l2 = 0.40m，匝數(shù)N = 20匝，線圈總電阻r = 0.10。磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度B = 0.10T。線圈繞OO 軸以 = 50rads的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。線圈兩端外接一個(gè)R = 9.9的電阻和一塊內(nèi)阻不計(jì)的交流電流表。求：（1）線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電

9、動(dòng)勢(shì)的最大值；（2）電流表的讀數(shù)；（3）線圈轉(zhuǎn)過(guò)一周的過(guò)程中，整個(gè)回路中產(chǎn)生的焦耳熱。四、電感和電容對(duì)交變電流的作用1電感對(duì)交變電流的阻礙作用 電感對(duì)交變電流有阻礙作用，電感對(duì)交變電流阻礙作用的大小，用感抗表示，。 電感對(duì)交變電流有阻礙作用的原因是：當(dāng)線圈中電流發(fā)生變化時(shí)，在線圈本身中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，自感電動(dòng)勢(shì)總是阻礙線圈中電流的變化。 扼流圈有兩種，一種叫低頻扼流圈，線圈的自感系數(shù)L很大，作用是阻交流，通直流；另一種叫高頻扼流圈，線圈的自感系數(shù)L很小，作用是阻高頻，通低頻。2電容對(duì)交變電流的作用 （1）交變電流能夠通過(guò)電容器，電容器交替進(jìn)行充電和放電，電路中就有了電流，表現(xiàn)為交流“通過(guò)”了電

10、容器，實(shí)際上自由電荷并沒(méi)有通過(guò)電容器兩極板間的電介質(zhì)。 （2）電容器對(duì)交變電流的阻礙作用：電容器對(duì)交變電流有阻礙作用，電容器對(duì)交變電流阻礙作用的大小，用容抗表示，。 電容器的作用“通高頻、阻低頻”或“通交流，隔直流”。 電感電容對(duì)電流的作用只對(duì)交變電流有阻礙作用直流電不能通過(guò)電容器，交流電能通過(guò)但有阻礙作用影響因素自感系數(shù)越大，交流電頻率越大，阻礙作用越大，即感抗越大電容越大，交流電頻率越大，阻礙作用越小，即容抗越小應(yīng)用低頻扼流圈：通直流、阻交流高頻扼流圈：通低頻、阻高頻隔直電容：通交流、隔直流旁路電容：通高頻、阻低頻 例：如圖所示電路中，L為電感線圈，R為燈泡，電流表內(nèi)阻為零，電壓表內(nèi)阻無(wú)限

11、大，交流電源的電壓 V。若保持電壓的有效值不變，只將電源頻率改為100 Hz，下列說(shuō)法中正確的有（ ） A電流表示數(shù)增大 B電壓表示數(shù)增大 C燈泡變暗 D燈泡變亮 【變式訓(xùn)練】如圖所示，當(dāng)交流電源的電壓有效值為220 V，頻率為50 Hz時(shí)，三只電燈的亮度相同，當(dāng)電源電壓不變只將交流電源的頻率改為100 Hz時(shí)，則各燈亮度變化情況為：a燈 ，b燈 ，c燈 （填“變亮”“變暗”或“不變”）。 三、變壓器： 1、原理：原、副線圈中的互感現(xiàn)象，原、副線圈中的磁通量的變化率相等。 P1=P2 2、變壓器只變換交流，不變換直流，更不變頻。 原、副線圈中交流電的頻率一樣：f1=f2 高壓線圈匝數(shù)多、電流小

12、，導(dǎo)線較細(xì)；低壓線圈匝數(shù)少、電流大，導(dǎo)線較粗。3、如左圖：U1：U2：U3=n1：n2：n3 n1 I1=n2 I2+ n3 I3 P1=P2+P3四、電能輸送的中途損失：（1）功率關(guān)系：P1=P2，P3=P4，P2=P損+P3（2）輸電導(dǎo)線損失的電壓：U損=U2-U3=I線R線 （3）輸電導(dǎo)線損耗的電功率：P損=P3-P2=I線U損=I線2R線=( )2R線 由以上公式可知，當(dāng)輸送的電能一定時(shí)，輸電電壓增大到原來(lái)的n倍， 輸電導(dǎo)線上損耗的功率就減少到原來(lái)的。 U=Ir線= r線 =U電源U用戶 U P=I2 r線= r線 =P電源P用戶 P例：如圖所示電路，變壓器初級(jí)線圈匝數(shù)=1 000匝，

13、次級(jí)有兩個(gè)線圈，匝數(shù)分別為= 500匝，=200匝，分別接一個(gè)R=55的電阻，在初級(jí)線圈上接入=220 V交流電。求： （1）兩次級(jí)線圈輸出電功率之比； （2）初級(jí)線圈中的電流。 注：理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題，大致有兩種情況： 一類是負(fù)載電阻不變，原副線圈的電壓，電流，輸入和輸出功率隨匝數(shù)比變化而變化的情況。 另一類是匝數(shù)比不變，上述各量隨負(fù)載電阻變化而變化的情況。 不論哪種情況都要注意： （1）根據(jù)題意弄清變量與不變量。 （2）要弄清“誰(shuí)決定于誰(shuí)”的制約關(guān)系，即理想變壓器各物理量變化的決定因素。 動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題的思路程序可表示為： 例：如圖所示電路中的變壓器為理想變壓器，S為單刀雙擲開(kāi)關(guān)。P是滑動(dòng)變阻器R的滑動(dòng)觸頭，為加在原線圈兩端的交變電壓，、分別為原線圈和副線圈中的電流。下列說(shuō)法正確的是（ ） A保持P的位置及不變，S由b切換到a，則R上消耗的功率減小 B保持P的位置及不變，S由a切換到b，則減小 C保持P的位置及不變，S由b切換到a，則增大 D保持不變，S接在b端，將P向上滑動(dòng)，則減小 【