3.2交变电流的描述 课件(共21张PPT)

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知识回顾
1、什么是交变电流（AC）？
2、什么是中性面、有哪些特点？
3、如何产生正弦式交变电流？
4、如何描述正弦式交变电流的变化规律？
瞬时电动势：e=Emsinωt
瞬时电流： i=Imsinωt
瞬时电压： u=Umsinωt
峰值：Em=NBSω
第三章 交变电流
2、交变电流的描述
CONTENTS
01
周期和频率
02
03
容抗和感抗
04
目标
随 堂 训 练
峰 值 和 有 效 值
一、周期和频率
3. 关系：
1. 周期（T）：交变电流完成一次周期性变化(线圈转动一圈)所需的时间。国际单位是 s．
2. 频率（f）：1s内交变电流完成周期性变化的次数。单位是 Hz．
例1.如图所示是我国家庭电路中的交变电流 u-t 图，分析下列问题：
（1）交流电流完成一次周期性变化（线圈转动一圈）所用多少时间？
（2）交流电流在1s内完成多少次周期性变化？
（3）在1s内电流方向变化多少次？
0.02 s
周期 T
频率 f
u / V
O
1
2
t/ 10-2 s
3
（5）产生交变电流的线圈转动的角速度多大？
二、峰值、瞬时值、有效值和平均值
1、峰值：交变电流在一个周期内所能达到的最大数值，叫做交变电流的峰值。通常用Em、Im和Um表示峰值。
电动势峰值：Em=NBSω
2、电容器上的标称电压值（又叫耐压值或击穿电压）是电容器两极间所允许电压的峰值．超过该值就有被击穿的危险。
电容
耐压值（最大值)
2、瞬时值：它是反映不同时刻交流电的大小和方向
若从中性面开始计时，正弦交流瞬时值表达式为：
3、有效值
　　甲、乙图中电炉烧水,设壶材料相同、水质量相等、水的初温相同．若恒定直流I=3A的电源用10分钟把水烧开，交流电也用10分钟把水烧开.说明了什么？
恒定直流I=3A的电流和这个交流通过相同的电阻，在相同的时间内产生的热量相等，这时我们就把恒定直流电流的数值（I=3A）叫做这个交流电流的有效值。
让交流电和恒定直流电通过相同的电阻，如果它们在相同时间内产生的热量相等，这一交流电的有效值就跟这个直流电的数值相等。
(1)、有效值: (三同)
例、通过一个 R 为1 Ω的电阻的电流 i 随时间变化的曲线。求有效值
方波交流电有效值求解：
Q交=Q直
解析
例1、如图所示为一交变电流随时间变化的图像，此交变电流的有效值为(　　)
B
A. 5 A B.5 A
C. 3.5 A D.3.5A
解得I＝5 A.
根据有效值的定义可得，
正弦式交流电有效值求解：
注意：只适用于正弦或余弦式交流电,对非正弦式交变电流有效值只能通过电流的热效应计算
例2：如图所示交变电流图象为某一正弦式交变电流更换负值后的i－t 图象，求该交变电流的有效值.
例3.小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速运动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图所示。该阻值为r=4 Ω的线圈与一个R＝6 Ω的电阻构成闭合电路。
（1）交变电流的周期和频率？
（2）交变电流的电动势的最大值和有效值？
（3）感应电动势的瞬时值表达式？
（4）若改变交流电源的频率，保持其峰值不变，其电动势的有效值是否改变？
（5）交流电流表、电压表的示数？
（6）电阻的热功率？
不变
或
保险丝的熔断电流是指有效值
无特别说明时提到的交变电流的数值是指有效值
交流用电设备上所标的额定电压和额定电流是指有效值
交流电压表、电流表测量的数值是指有效值
平均电动势：
平均电流：
电荷量：
计算电荷量用平均值
4、平均值
例：如图所示交流发电机的矩形线圈边长ab＝cd＝0.4 m，ad＝bc＝0.2 m，线圈匝数N＝100，电阻r＝1 Ω，线圈在磁感应强度B＝0.2 T的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以ω＝100π rad/s的角速度匀速转动，外接电阻R＝9 Ω，以图示时刻开始计时，则
(1)感应电动势的最大值
(2)由图示位置转过60°时的瞬时感应电动势
(3)由图示位置转过60°的过程中产生的平均感应电动势
(4)由图示位置转过60°的过程中通过电阻R的电荷量
(5)交流电压表的示数
(6)线圈转动一周产生的总热量
三、容抗和感抗
电 阻 器 电 感 器 电 容 器
电路的三大基本元件
电阻器（R）：限流的元件
电容器( C )：容纳电荷的元件
电感器( L )：将电能转化为磁场能而存储起来的元件
电阻器、电容器和电感器对直流、交流电有何作用？
L
S
E
图甲： 电感器对直流电作用
图乙： 电感器对交流电作用
L
S
u
操作1: 线圈 L 串联灯泡后接到直流电源
操作2: 用导线将线圈 L 短路
现 象 : 灯泡亮度基本不变化。实验说明什么
结论：电感器对直流电几乎无影响！
结论：电感器对交流电有阻碍作用！
操作1: 线圈 L 串联灯泡后接到交流电源
操作2: 用导线将线圈 L 短路
现 象 : 灯泡亮度变亮。实验说明什么
1、感抗
1. 感抗：电感线圈对交变电流的阻碍作用。用字母X L 表示，单位是 欧 Ω
2. 意义：描述电感器对交变电流的阻碍作用大小的物理量。
通直流，阻交流。
通低频，阻高频。
线圈的自感系数 L
交变电流的频率 f
L 越大，f 越高，XL 越大
即：XL = 2π L
3. 因素：
4.电感器特点：
L
S
E
L
S
u
操作1: 电容器 C 串联灯泡后接到直流电源
操作2: 用导线将电容器 C 短路
现 象: 灯泡由不亮变为亮。实验说明什么
结论：直流电不能通过电容器！
结论：交流电能“通过”电容器！
隔直流，通交流
操作1: 电容器 C 串联灯泡后接到交流电源
操作2: 用导线将电容器 C 短路
现 象: 灯泡都在亮。实验说明什么
图甲： 电容器对直流电作用
C
S
E
图乙： 电容器对交流电作用
C
S
u
2、容抗
2、容抗
3. 因素：
通交流，隔直流。
4.电容器特点：
容抗：电容器对交变电流的阻碍作用。用字母XC 表示，单位是 欧 Ω
2. 意义：描述电容器对交变电流的阻碍作用大小的物理量。
电容器的电容 C
交变电流的频率 f
C 越大，f 越高，XC 越小
即：
通高频，阻低频。
C
S
E
C
S
u
四、典例分析
×　
×　
×　
×　
√　
√