第5章第1节交变电流.ppt

第五章 交变电流;第一节 交变电流;;;;;;一、交变电流 1．交变电流：大小和方向都随时间做 变化的电流，称为交变电流，简称交流． 2．直流：方向不随时间变化的电流称为直流． ;二、交变电流的产生 1．在匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈里产生的是 ． 2．线圈平面垂直于磁感线时，线圈中的感应电流 ，这一位置叫 ．线圈平面经过中性面时， 就发生改变．线圈绕轴转一周经过中性面 ，因此感应电流方向改变 ． ;三、交变电流的变化规律 1．正弦式交变电流的瞬时值表达式 i＝ u＝ e＝ 其中i、u、e分别表示电流、电压、电动势的 ，Im、Um、Em分别表示电流、电压、电动势的 ． ;2．正弦式交变电流的图象：如图5－1－1所示． ;3．几种不同类型的交变电流 实际应用中，交变电流有不同的变化规律，常见的有以下几种，如图5－1－2所示． ;一、两个特定位置的特点 ;矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，仅是产生交变电流的一种方式但不是唯一方式．例如线圈不动，磁场按正弦规律变化也可以产生正弦式电流．　;二、交变电流的瞬时值表达式的推导 　设线圈从中性面起经时间t转过角度θ，则θ＝ωt，此时两边ab、cd速度方向与磁感线方向的夹角分别为ωt和(180°－ωt)，如图5－1－3所示，它们产生的感应电动势同向相加，整个线圈中的感应电动势为： ;交流电动势的峰值，由线圈匝数n，磁感应强度B，转动角速度ω及线圈面积S决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关，因此图5－1－4所示几种情况，若n、B、S、ω相同，则电动势的峰值相同． ;三、对正弦式交变电流的图象的理解 正弦式交变电流随时间变化情况可以从图象上表示出来，图象描述的是交变电流随时间变化的规律，它是一条正弦曲线，如图5－1－5所示． ? ;从图象中可以解读到以下信息： 1．交变电流的最大值Im、Em、周期T. 2．因线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为零，磁通量最大，所以可确定线圈位于中性面的时刻． 3．找出线圈平行磁感线的时刻． 4．判断线圈中磁通量的变化情况． 5．分析判断i、e随时间的变化规律． ;用物理图象反映某些物理量的变化过程，即可使该变化的整体特征一目了然，还可将变化过程中的暂态“定格”，从而对变化过程中的某一瞬态进行深入研究．　　;有一个正方形线圈的匝数为10匝，边长为20 cm，线圈总电阻为1 Ω，线圈绕OO′轴以10π rad/s的角速度匀速转动，如图5－1－6，匀强磁场的磁感应强度为0.5 T，问： ;(1)该线圈产生的交变电流电动势的峰值、电流的峰值分别是多少？ (2)写出感应电动势随时间变化的表达式． (3)线圈从图示位置转过60°时，感应电动势的瞬时值是多大？ ;【思路点拨】　当线圈在中性面位置时线圈中磁通量最大，感应电动势为零；当线圈在与中性面垂直的位置时，线圈中的感应电动势最大．线圈转动是从与中性面垂直的位置开始计时的，所以瞬时值表达式为e＝Emcosωt. ;【答案】　(1)6.28 V　6.28 A (2)e＝6.28cos 10πt V (3)3.14 V ;【点评】　确定交变电流的电动势瞬时值表达式时，首先要确定线圈转动是从哪个位置开始计时，以便确定表达式是正弦式还是余弦式；其次是确定线圈转动的角速度ω；再次是确定感应电动势的峰值Em＝nBSω；最后写瞬时值表达式e＝Emsinωt(或e＝Emcosωt)． ;1.单匝矩形线圈面积为S，如图5－1－7所示，一半在匀强磁场中，磁感应强度为B，另一半没有磁场，当线圈绕OO′轴以角速度ω匀速转动时，求回路中感应电动势的瞬时值表达式． ;如图5－1－8所示，匀强磁场的磁感应强度B＝0.1 T，所用矩形线圈总电阻为R＝100 Ω，线圈的匝数n＝100，边长lab＝0.2 m，lbc＝0.5 m，以角速度ω＝100π rad/s绕OO′轴匀速转动，试求当线圈平面从图示位置(与中性面垂直)转过90°的过程中： ;(1)线圈中的平均电动势． (2)通过线圈某一截面的电荷量． ;【答案】　(1)200 V　(2)1×10－2 C 【点评】　平均电动势既不是电动势峰值的一半，也不是历时一半时间的瞬时电动势，必须由法拉第电磁感应定律求解．计算通过线圈某一截面的电荷量，必须根据电流的平均值进行求解． ;;如图5－1－9甲所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动．若以线圈平面与磁场夹角θ＝45°时(如图乙)为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正．