3.2交变电流的描述课件（21张PPT）

正弦式交变电流的大小和方向都随时间发生周期性变化，那么我们如何描述这种电流的变化特征呢？
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一、周期和频率
1.周期T
交变电流完成一次周期性变化所需的时间,叫作它的周期。单位是s。周期越大,交变电流变化越慢,在一个周期内,交变电流的方向变化两次。
2.频率f
交变电流完成周期性变化的次数与所用时间之比叫作它的频率。单位是Hz。频率越大,交变电流变化越快。
新知探究
例1 (多选)某正弦式交变电流的方向在1 s内改变100次,则其周期T和频率f分别为(　　)
A. T=0.01 s B. T=0.02 s
C. f=100 Hz D. f=50 Hz
解析 由于正弦式交变电流一个周期内方向改变两次,所以其频率为50 Hz,
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典例精析
二、峰值和有效值
1. 峰值
(1)定义：交变电流的电压、电流所能达到的最大值。
(2)意义：用来表示电流的强弱或电压的高低。
(3)应用：电容器所能承受的电压要高于交流电压的峰值。
耐压值（最大值）
新知探究
2.有效值
(1)定义：让交变电流和恒定电流分别通过大小相同的电阻,如果在交变电流的一个周期内它们产生的热量相等,这个恒定电流的电流I、电压U,叫作这个交变电流的有效值。
(2)理解应用：①交变电流的有效值是根据电流的热效应定义的,理解有效值重点在“等效”,“效果相同”在定义中体现为相同电阻、相同时间、产生相同热量,交变电流与多大的恒定电流“效果”相同,有效值就是多大。②交流用电设备上所标的额定电压和额定电流是有效值;一般交流电压表测量的数值是有效值。
③交变电流的数值在无特别说明时都指有效值。凡涉及能量、电功以及电功率等物理量时均用有效值,在确定保险丝的熔断电流时也用有效值
3.有效值的两种计算方法
(1)特殊值法:若按正(余)弦规律变化的电流,可利用正弦式交变电流的有效值与峰值间的关系求解,
(2)定义法:当电流是非正弦式交变电流时,必须根据有效值的定义求解。
4.几种常见电流的有效值
(2)对于非正弦式交变电流有效值的计算,时间一般选取一个周期。
(3)凡涉及能量、电功以及电功率等物理量时均用有效值,在确定保险丝的熔断电流时也用有效值。
(1)U=????????????、I=????????????只适用于正弦式交变电流,对于按其他规律变化的交变电流,上述关系式一般不再适用。
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特别提醒
例2 一交变电流随时间变化的图像如图所示,求此交变电流的有效值。
解析 设该交变电流的有效值为I',恒定电流的电流为I,让该交变电流和恒定电流分别通过同一电阻(阻值为R),在一个周期(T=0.2 s)内,该交变电流产生的热量
在一个周期内恒定电流通过该电阻产生的热量Q=I2RT=0.2 s·I2R。
由Q=Q'得,I=5 A,即此交变电流的有效值I'=I=5 A。
典例精析
三、正弦式交变电流的公式和图像
如果已知交变电流的周期T或频率f,又知道它的电压的有效值或峰值,详细描述交变电流的情况可以用公式和图像两种方式:
(2)图像如图所示。
新知探究
瞬时值、最大值、有效值、平均值之间的区别和联系
例3小型交流发电机中,矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动,产生的感应电动势与时间成正弦函数关系,图像如图所示。此线圈与一个R=10Ω的电阻构成闭合电路,不计电路的其他电阻。下列说法正确的是(　　)
A.交变电流的频率为8 Hz
B.交变电流的有效值为???? A
C.交变电流的最大值为4 A
D.电流的瞬时值表达式为i=2sin 4πt(A)
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解析 由e-t图像可知,交变电流的周期为0.25 s,故频率为4 Hz,选项A错误;根据欧姆定律可知交变电流的最大值为2 A,故有效值为????A,选项B正确,C错误;因ω=2πf=8π,故电流的瞬时值表达式为i=2sin 8πt (A),选项D错误。
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典例精析
知识拓展：电感器和电容器对交变电流的作用
1.电感器对交流电的阻碍作用
由于线圈与交变电流之间的电磁感应作用所引起的阻碍作用，这叫感抗，用XL 表示。
实验和理论分析都表明，线圈的自感越大、交流的频率越高，线圈的感抗就越大。
2.电感对交流的阻碍作用的应用——扼流圈
扼流圈是电工技术和电子技术常用的元件，它利用了电感器对交流的阻碍作用，分为高频扼流圈和低频扼流圈。
(1) 低频扼流圈
线圈绕在铁芯上，匝数为几千甚至超过一万，自感系数为几十亨。 即使交流的频率较低，这种线圈产生的感抗也很大。由于线圈是用铜线绕制的，对直流的阻碍作用较小，所以这种扼流圈可以用 来“通直流，阻交流”。
(2) 高频扼流圈
线圈有的绕在铁氧体芯上， 有的是空心的，匝数为几百或几十，自感系数为几毫亨，这种扼流圈只对高频交变电流有较大的阻碍作用， 对低频交变电流的阻碍作用较小，对直流的阻碍作用更小，因此可以用来“通低频、通直流，阻高频”。
3.电容器对交变电流的阻碍作用