交变电流的四个值

第88天 交变电流—四个值

各位同学大家好,欢迎来到十点课堂,跟勇哥学物理,今天距离高考还有88天,我们今天分享的主题是交变电流的四个值。

四个值分别是:最大值、有效值、瞬时值和平均值。

线框(在匀强磁场中)绕轴转动,就会产生周期性变化的正弦或余弦式的交流电。

线框除了绕轴转动之外,还有竖直下落和水平拉动,在后面的课程当中,我们都会分享。

绕轴转动的时候,就产生的是交流电。

什么是交流电呢?

是指电流的方向在作周期性的变化,这样的电流称之为交流电,我们再说一下:线框绕轴转动会产生周期性变化的正弦或余弦式的交流电。

表征交变电流的物理量,除了周期和频率之外,就是今天我们要讲的四个值。

最大值 Em、Im、Um

先来看最大值,最大值用Em、Im、Um分别来表示电动势的最大值,电流的最大值和路端电压的最大值。

Em=NBSω,这个公式我们需要背过。Em=NBSω,其中n指的是线圈的匝数、B是磁感应强度、S是线圈的面积,ω是线圈转动的角速度。

记着电动势的最大值Em=NBSω之后,电流的最大值Im可以用闭合电路欧姆定律求出来。

Im=Em/R+r; Um=ImR 就都可以算出来。

最大值Em=NBSω,它是如何推导出来的?

最大值的推导过程,在勇哥发的笔记当中,已经有写出了过程了。把它看作导体棒切割磁感线的运动,具体过程查看笔记,在这一课就不再详细讲了。

有效值 E I U

第二个是有效值,用大写 E I U 分别表示电动势的有效值、电流的有效值和路端电压的有效值,有效值是经常考到的内容。

哪些时候用到有效值呢?

有四个情况,

第一是电表的示数,交流电流表,交流电压表的示数,

第二是用电器铭牌上的额定电压和额定电流,

第三是在计算功率P=UI,电功W=UIt,还有焦耳热Q=I?0?5Rt时,电流和电压用到有效值

第四是变压器,它的输入电压,输出电压,输出电流,输出电流都是用的有效值

第88天 交变电流—四个值

有效值如何去计算?

对于正弦或余弦式的交流电,有效值直接用最大值除以根号2,E=Em/根号2,I=Im/根号2,U=Um/根号2,就是正余弦交流电的有效值。

除了正弦或余弦式的交流电之外,还要学会使用有效值的定义求矩形交流电的有效值,

有效值的定义是在相同的时间内,在同一个电阻上,如果交流电生的热量和一个恒定电流的热量是相同的,恒定电流就叫做这个交流电的有效值,

指的是生热相同的时候,恒定电流为交流电的有效值。

我们再来强调一下,正弦和余弦式的交流电的有效值,就用最大值除以根号2,矩形的交流电,用有效值的定义,生热相同。

瞬时值 e i u

下面我们来看一下瞬时值。用小写的e来表示电动势的瞬时值,e=Emsinωt或者e=Emcosωt,

什么时候用到Emsinωt?什么时候用到Emcosωt?

是计时位置不同所造成的。

如果从中性面开始计时,就用Emsinωt,如果线圈从平行线开始计时,就用到Emcosωt的表达式。

再来说一下,如果从中性面开始计时,瞬时值e=Emsinωt。

什么是中性面呢?

指的是线圈所在的平面与磁场垂直的位置,叫做中性面。磁场B与线圈平面S垂直,在中性面上磁通量Φ=BS是最大的,它的电动势e=0,电流i=0,每次通过中性面电流的方向发生改变,在一个周期内,会两次通过中性面,所以一个周期内电流方向会改变两次。

中性面的特征很重要,所以同学们要牢记:中性面是磁场B与线圈平面S垂直,在中性面上磁通量Φ=BS是最大的,磁通量的变化率(也就是电动势e)等于0,电流i=0,通过中性面时,电流方向发生改变,这是中性面的特点。

平行面指的是磁场B与线圈平面S平行的时候,我们称之为平行量,在平行面Φ最小等于0,磁通量的变化率也是最大的,电动势e最大,Em=NBSω

平均值

最后我们来说一下平均值,E、I、U上面加一小横线的是平均。

在做题的时候,经常求通过导体横截面的电量,一般的情况下要使用平均值。

电动势的平均值可以由法拉第电磁感应定律,E=NΔΦ/Δt,电流的平均值I=E/R+r,

电流的定义是指的是单位时间内通过导体横截面的电量,I=Δq/Δt,

由此就可以推导出q=NΔΦ/R+r。

如果是单匝线圈,N=1,内阻r也可以忽略不计的时候,q=ΔΦ/R。

q=ΔΦ/R这个公式不能直接用,需要进行推导,

推导的过程也比较简单,以上三个公式联立就可以推导出来。

需要说明的是,无论是线框竖直下落,还是水平拉动,还是今天我们讲的绕轴转动,只要求通过导体横截面的电量的时候,都可以使用这个公式:q=ΔΦ/R,再提醒一下这个公式,不能直接使用,需要进行推导。

我们今天的分享内容比较多,讲了交流电的四个值:最大值,有效值,瞬时值和平均值,同学们要把笔记整理一下。

今天的分享就到这里,谢谢大家,我们明天见。

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