非正弦交流电有效值的计算

交流电有效值计算公式交流电有效值是指交流电信号的幅值，而不是峰-峰值或其他峰值。

它代表了交流电信号的稳定性和功率大小。

想要计算交流电的有效值，可以使用以下公式：有效值（Vrms）= 幅值（Vpeak）/ √2在这个公式中，幅值代表交流电信号的最大值，而有效值则是其经验估计值。

现在，我们将详细解释这个公式以及如何使用它。

首先，我们需要了解什么是交流电。

交流电是指电流方向和大小都随时间变化的电流。

交流电所产生的信号形式很多，有正弦波、方波、三角波等。

然而，无论信号形式如何，我们都可以使用有效值来衡量交流电信号的大小。

幅值是交流电信号的最大值，通常用峰-峰值表示。

峰-峰值是指信号从最高点到最低点的差值。

然而，交流电信号的幅值不能直接用于计算功率或分析电路的稳定性。

这是因为幅值只是信号的振幅，而不考虑其变化速度。

有效值则是通过对信号进行平均化来得到的。

它是指信号产生的热效应和功率消耗相等于等效直流电的电压或电流。

简单来说，有效值是交流电信号的平均值，用于描述交流电信号的功率大小和稳定性。

为了计算交流电的有效值，我们可以将幅值除以√2。

这个公式是根据一个假设得出的，即在给定时间内，交流电信号的变化速度是连续且稳定的。

实际上，交流电信号的变化速度会根据其频率和相位不同而有所不同。

然而，这个假设的误差通常很小，对于大多数应用来说是可以忽略的。

通过使用交流电有效值的计算公式，我们可以更好地理解交流电信号的稳定性和功率大小。

这对于电路设计、能源管理和电气工程等领域非常重要。

只有通过准确计算交流电的有效值，我们才能更好地分析和优化电路性能，并确保电力系统的安全和稳定运行。

总之，交流电有效值是衡量交流电信号大小和稳定性的重要指标。

通过使用幅值除以√2的计算公式，我们可以得到交流电信号的有效值。

这个公式在电力系统设计和电路分析中具有重要的应用价值。

只有准确计算交流电的有效值，我们才能更好地理解和优化交流电信号的功率和稳定性。

习题课一：非正弦式交流电有效值的计算与应用一、交流电有效值的定义：指对做功或发热有效。

让某个交流电和一个直流电对同样大小的电阻加热，如果在相等的时间内它们产生的热量相等，那么交流电的有效值就等于直流电的数量大小。

（注意4个相等：被加热电阻相等、时间相等、发热量相等，则交流电的有效值与直流的数量大小相等）交流电的有效值是根据电流的热效应来规定的，与电流的方向无关，但一般与所取的时间的长短有关，在无特别说明时，是以一个周期的时间来计算有效值的。

二、3个结论提示：⑴、按此定义某一直流电的有效值就是直流电本身。

应用见例1。

⑵、线性变化电流的有效值=平均值=（最大值+最小值）÷2。

⑶、“完整”的标准正弦交流电的有效值和最大值的关系为：E E m 2=，I I m 2=，U U m 2=。

注意：如果通电时间较短（短至1/4周期），但在起止时刻恰好等于正余弦的0值或峰值，也是满足前述关系的，见例2。

如果起止时刻不等于正余弦的0值或峰值，就不成立，见例0。

例0：有一正弦交流电的最大值为10伏,加在一直流电阻为10欧的纯电阻上。

已知它的周期为0.2秒，则它在0.05秒内的发热量可能为：（A 、B 、C ）A 大于0.25焦，B 小于0.25焦，C 等于0.25焦，D 一定为0.25焦。

三、非正弦式交流电有效值的计算方法与例题方法说明：⑴、按有效值的定义通过加热来计算。

⑵、通常计算工作一个周期内的发热量。

⑶、为计算为一个周期内的发热量，焦耳热公式中所用的U 和I 仍然需要是有效值，如例3中前2秒内的有效值是20/2，后1秒内的有效值是10/2。

具体步骤：1、分析一个周期内不同时间段的电流特点，确认每一时段的有效值。

2、计算它在一个周期内的发热量。

3、根据有效值定义（交流、直流发热量相等）列方程计算出有效值。

【例1】计算下图所示交流电的有效值，如果该交流电加在一个5Ω的电阻元件上，它在4个周期内产生的焦耳热是多少。

求交流电有效值的方法
交流电的有效值是根据电流的热效应规定的。

在求交流电的有效值时，通常采用以下几种方法：
直接计算法：对于已知波形的交流电，如正弦波、方波、三角波等，可以根据其波形特点直接计算出有效值。

例如，对于正弦波交流电，其有效值等于峰值除以根号2。

积分法：对于任意波形的交流电，可以通过积分的方式计算其有效值。

具体步骤是，将交流电在一个周期内的瞬时值进行平方，然后对时间进行积分，最后取平方根即可得到有效值。

这种方法需要知道交流电的瞬时值表达式或者采样数据。

仪表测量法：在实际应用中，通常使用电表来测量交流电的有效值。

电表内部采用了专门的电路和算法来计算有效值，可以直接显示出测量结果。

需要注意的是，不同类型的电表可能采用不同的计算方法，因此测量结果可能存在一定的误差。

需要注意的是，在求交流电的有效值时，需要明确所求的是电压有效值还是电流有效值，并且要注意单位的一致性。

此外，对于非正弦波形的交流电，其有效值并不能简单地用峰值除以根号2来计算，而需要根据其波形特点进行具体分析。

总之，求交流电的有效值需要根据具体情况选择合适的方法，并且要注意测量误差和单位的一致性。

在实际应用中，还需要考虑交流电的频率、波形等因素对有效值的影响。

(时间：60分钟)题组一 对描述交变电流物理量的认识1．下列提到的交流电，不是指有效值的是( ) A ．交流电压表的读数 B ．保险丝熔断电流 C ．电容器击穿电压 D ．220 V 交流电压解析 电容器击穿电压指电容器两端允许加的电压的最大值． 答案 C2．下列关于交变电流的说法正确的是( ) A ．若交变电流的峰值为5 A ，则它的最小值为－5 A B ．用交流电流表测交变电流时，指针来回摆动C ．我国工农业生产和生活用的交变电流频率为50 Hz ，故电流方向每秒改变100次D ．正弦交变电流i ＝20sin 10πt A 的峰值为20 A ，频率为100 Hz解析 电流的负值表示电流方向与原来方向相反，不表示大小，A 项错误；交流电流表测交变电流时，指针不会来回摆动，B 项错误；我国工农业生产和生活用的交变电流，周期为0.02 s ，交流电方向一个周期改变两次，所以每秒改变100次，C 项正确；由ω＝2πf 得正弦交变电流i ＝20sin 10πt A 的频率为5 Hz ，D 项错． 答案 C3．图5210甲、乙分别表示两种电压的波形，其中图甲所示电压按正弦规律变化，下列说法正确的是( )图5210A ．图甲表示交流电，图乙表示直流电B ．两种电压的有效值相等C ．图甲所示电压的瞬时值表达式为u ＝311sin 100πt VD ．两种电压的周期相同解析 图5210甲、乙都表示交流电，图甲中有效值U ＝3112V ，而图乙中的有效值不存在这一关系，所以它们的有效值不相同．由图甲看出T ＝2×10－2s ，ω＝2πT ＝100π，所以u ＝311sin100πt V ．由图象可知两种电压的周期都是2×10－2s. 答案 CD题组二 非正弦交流电有效值的计算4．某一交变电流的电压波形如图5211所示，求这一交变电流的电压的有效值U .图5211解析 假设让一直流电压U 和如题图所示的交流电压分别通过同一电阻，交变电流在一个周期内产生的热量Q 1＝2(U 21R ·T4＋U 22R ·T 4)＝82R ·T 2＋42R ·T 2.直流电在一个周期内产生的热量Q 2＝U 2R ·T .由交变电流有效值的定义知Q 1＝Q 2，即82R ·T 2＋42R ·T 2＝U 2R ·T ，解得U ＝210V. 答案 210V5．阻值为1 Ω的电阻上通以交变电流，其it 关系如图5212所示，则在0～1 s 内电阻上产生的热量为( )图5212A ．1 JB ．1.5 JC ．2 JD ．2.8 J解析 因为所加的电流为交变电流，大小在变化，所以只能分时间段来求热量．在0～1 s内有效电流为1 A 和2 A 的时间段分别为t 1＝0.4 s ，t 2＝0.6 s ，所以Q ＝I 21Rt 1＋I 22Rt 2＝2.8 J.答案 D6．夏天空调器正常工作时，制冷状态与送风状态交替运行．一空调器在不同工作状态下电功率随时间变化的关系如图5213所示，此空调器运转1 h 用电( )图5213A ．1.0度B ．1.5度C ．2.0度D ．2.5度解析 由图线知，电功率随时间的变化周期为15 min ，前5 min 为0.5 kW ，后10 min 为2 kW.设电功率的有效值为P ，周期为T ，根据有效值定义有P 1T 3＋P 22T3＝PT .将P 1＝0.5 kW ，P 2＝2 kW 代入得： P ＝1.5 kW.此空调1 h 用电W ＝Pt ＝1.5度． 故选B. 答案 B7．如图5214甲所示，调光台灯是通过双向可控硅电子器件来实现无级调节灯的亮度的．现将某无级调光台灯接在220 V 的正弦交变电流上，经过可控硅调节后加在灯管两端的电压如图5214乙所示，则此时电压表的示数是( )图5214A ．220 VB ．156 VC ．110 VD ．78 V解析 虽然图示电流不是正弦交变电流，根据正弦式交变电流的图象对称性可知，只要有14T的图线就满足最大值是有效值的2倍，根据交变电流有效值定义有： U 2R T ＝⎝⎛⎭⎫U m 2R2·T2. 解得U ＝110 2 V ＝156 V ，故B 对，A 、C 、D 错． 答案 B题组三 正弦式交流电有效值理解和应用8．在相同的时间内，某正弦交变电流通过一阻值为100 Ω的电阻产生的热量，与一电流3 A 的直流电通过同一阻值的电阻产生的热量相等，则( ) A ．此交变电流的有效值为3 A ，最大值为32A B ．此交变电流的有效值为32A ，最大值为6 AC ．电阻两端的交流电压的有效值为300 V ，最大值不确定D ．电阻两端的交流电压的有效值为300 2 V ，最大值为600 V解析 根据交变电流有效值的定义知，交变电流的有效值即为直流电的电流值，为3 A ．根据正弦交变电流有效值与最大值的关系，可知交变电流的最大值为3 2 A ，A 正确；B 错误；根据欧姆定律U ＝IR ，则有U有效＝I有效R ，U m ＝I m R ，故电阻两端的交流电压的有效值为300 V ，最大值为300 2 V ，C 、D 错误． 答案 A9．一个照明电灯，其两端允许加的最大电压为311 V ．当它接入220 V 的照明电路时，这盏灯( ) A ．将不亮 B ．灯丝将烧断 C ．只能暗淡发光D ．能正常发光解析 220 V 的电路其有效值为220 V ，最大值为311 V ，正好适合． 答案 D10．把一只电热器接在100 V 的直流电源上，在t 时间内产生的热量为Q ，若将它分别接到U 1＝100sin ωt V 和U 2＝50sin2 ωt V 的交流电源上，仍要产生Q 的热量，则所需时间分别是( ) A ．t,2t B ．2t,8t C ．2t,2tD ．t,4t解析 计算电热器在t 秒产生的热量时应该用电压的有效值，对U 1＝100sin ωt V ，电压有效值为1002V ，故(100)2R .t ＝(1002)21R t ′，所以t ′＝2t ；对U 2＝50sin 2ωt V ，电压有效值为502V ，故(100)2R t ＝(502)21R ·t ″，所以t ″＝8t .答案 B11．电阻R 1、R 2与交流电源按照图5215甲所示的方式连接，R 1＝10 Ω，R 2＝20 Ω.合上开关S 后，通过电阻R 2的正弦交变电流i 随时间t 变化的情况如图5215乙所示，则( )图5215A ．通过R 1的电流有效值是1.2 AB ．R 1两端的电压有效值是6 VC ．通过R 2的电流最大值是1.2 2 AD ．R 2两端的电压最大值是62V解析 R 1与R 2串联，R 1与R 2中的电流变化情况应相同，电流有效值I 1＝I 2＝0.6 A ，电流最大值I 1m ＝I 2m ＝0.6 2A ，电压有效值U 1＝I 1R 1＝6 V ，U 2＝I 2R 2＝12 V ，电压最大值U 1m ＝2U 1＝62V ，U 2m ＝2U 2＝12 2 V ．综上所述，B 项正确． 答案 B12．如图5216甲是小型交流发电机的示意图，两正对磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，○A 为交流电流表．线圈绕垂直于磁场方向的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图象如图5216乙所示，以下判断正确的是()图5216A．电流表的示数为10 AB．线圈转动的角速度为50 π rad/sC．0.01 s时线圈平面与磁场方向平行D．0.02 s时电阻R中电流的方向自右向左解析由题图乙可知交流电电流的最大值是I m＝102A，交流电的周期T＝0.02 s，电流表的示数为交流电的有效值即I＝I m2＝10 A，选项A正确；线圈转动的角速度ω＝2πT＝100πrad/s，选项B错误；0.01 s时流过线圈的感应电流达到最大，线圈中产生的感应电动势最大，磁通量的变化率最大，则穿过线圈的磁通量为0，即线圈平面与磁场方向平行，选项C 正确；由楞次定律可知0.02 s时流过电阻的电流方向自左向右，选项D错误．本题选A、C.答案AC题组四瞬时值、峰值、有效值、平均值的区别及应用图521713．如图5217所示，有一矩形线圈，面积为S，匝数为N，整个线圈的电阻为r，在磁感应强度为B的磁场中，线圈绕OO′轴以角速度ω匀速转动，外电阻为R，当线圈由图示位置转过90°的过程中，下列说法中正确的是()A．磁通量的变化量为ΔΦ＝NBSB ．平均感应电动势为E ＝2NBSωπC ．电阻R 所产生的焦耳热为Q ＝(NBSω)22RD ．通过电阻R 的电荷量为q ＝NBSR ＋r解析 逐项分析如下： 选项 诊断结论 A线圈在图示位置时磁通量Φ＝0，转过90°后磁通量Φ′＝BS ，该过程中磁通量的变化量为ΔΦ＝Φ′－Φ＝BS ，与线圈匝数无关 ×B该过程中所用时间Δt ＝θ/ω＝π/2ω，所以平均感应电动势E ＝N ΔΦ/Δt ＝2NBSωπ√ C电路中的感应电流有效值I ＝E /(R ＋r )＝NBS ω/2(R ＋r )，所以电阻R所产生的焦耳热Q ＝I 2R Δt ＝πRωN 2B 2S 24(R ＋r )2× D电路中的感应电流的平均值I ＝ER ＋r ＝2NBSωπ(R ＋r )，所以通过电阻R 的电荷量q ＝I ·Δt ＝NBSR ＋r√答案 BD14．如图5218所示，线圈abcd 的面积是0.05 m 2，共100匝，线圈电阻为1 Ω，外接电阻R ＝9 Ω，匀强磁场的磁感应强度为B ＝1πT ，当线圈以300 r/min 的转速匀速转动时，求：图5218(1)电路中交流电压表和电流表的示数；(2)线圈从图示位置转过90°的过程中通过电阻R 的电荷量． 解析 (1)E m ＝NBSω＝100×1π×0.05×2π×30060V ＝50 VE ＝E m2＝25 2 V ≈35.4 V.电流表示数I ＝ER ＋r＝3.54 A ，电压表示数U ＝IR ＝3.54×9 V ＝31.86 V. (2)从图示位置转过90°的过程中，E ＝N ΔΦΔt ，又因为I ＝ER ＋r ，q ＝I Δt ， 联立得q ＝N ΔΦR ＋r ＝NBSR ＋r ≈0.16 C.答案 (1)31.86 V 3.54 A (2)0.16 C3.。

专题64交变电流有效值的计算与“四值”的理解应用一、计算交变电流有效值的方法1．利用有效值的定义计算(非正弦式电流)交变电流的有效值是根据电流的热效应(电流通过电阻生热)进行定义的，所以进行有效值计算时，要紧扣电流通过电阻生热(或热功率)．注意“三同”：即“相同电阻”，“相同时间”内产生“相同热量”．计算时“相同时间”要取周期的整数倍，一般取一个周期．2.公式法 利用E ＝E m2、U ＝U m2、I ＝I m2计算，只适用于正(余)弦式交变电流．3. 多种形式组合的有效值的计算（1）分段计算电热求和得出一个周期内产生的总热量．（2）利用两个公式Q ＝I 2Rt 和Q ＝U 2Rt 可分别求得电流有效值和电压有效值．（3）若图象部分是正弦(或余弦)式交变电流，其中的14(但必须是从零至最大值或从最大值至零)和12周期部分可直接应用正弦式交变电流有效值与最大值间的关系I ＝I m 2、U ＝U m2求解．【典例1】如图所示为一交变电流随时间变化的图象，此交流电的有效值是( )． A ．5 2 AB ．5 AC ．3.5 2 AD ．3.5 A 【答案】 B【典例2】如图所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为B .电阻为R 、半径为L 、圆心角为45°的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O 轴以角速度ω匀速转动(O 轴位于磁场边界)．则线框内产生的感应电流的有效值为( )．A.BL 2ω2RB.2BL 2ω2RC.2BL 2ω4RD.BL 2ω4R【答案】 D【解析】 线框转动的角速度为ω，进磁场的过程用时18周期，出磁场的过程用时18周期，进、出磁场时产生的感应电流大小均为I ′＝12BL 2ωR，则转动一周产生的感应电流的有效值I 满足：I 2RT ＝⎝ ⎛⎭⎪⎪⎫12BL 2ωR 2R ×14T ，解得I ＝BL 2ω4R ，D 项正确．【典例3】如图所示，图甲和图乙分别表示正弦脉冲波和方波式的交变电流与时间的变化关系．若使这两种电流分别通过两个完全相同的电阻，经过1 min 的时间，则( )A ．图甲所示交变电流的有效值为33 A B ．图乙所示交变电流的有效值为22A C ．两电阻消耗的电功之比为1∶3D ．两电阻消耗的电功之比为3∶1 【答案】AC【跟踪短训】1．某交流电的电流随时间变化图像如图所示，则此交变电流的有效值为A． l A B． 3 A C． D． 2 A【答案】C【解析】据有效值的定义可得：，代入数据解得：此交变电流的有效值。

交流电平均值、瞬时值、最大值、有效值林永德在交流电教学中，历届学生对交流电的瞬时值、最大值、有效值、平均值的理解容易出错，有的乱用方式，有的忽视条件，如果在教学中注意以下两个方面，可以有效地防止学生所出的错误。

1．以交流发电模式为主体，揭示概念的实值。

① 发电模式：N 匝线圈，其面积为S ，总电阻为r ，在一匀强磁场中（磁感应强度为B ），绕垂直于B 的轴，以角速度ω匀速转动；即构成交流电源；交流电源通过滑环和电刷引到外电路，即构成交流全电路。

② 概念的理解：A 、最大值，当线圈平面与磁场平行时，出现最大值。

最大电动势Em=NB ωS 最大电流Im=rR Em +，R 两端的最大电压Um=I m ·R 。

B 、瞬时值:交流全路中，其电动势、电流、电压、均随时间发生周期性变化，如从中性面开始计时，其瞬时值分别为：e=Emsin ωt i=Imsin ωt u=Umsin ωtC 、有效值：对于正弦（或余弦）交流电，有效值=2最大值。

即 E=2EmI=2ImU=2UmD 、 平均值： 对于某一段时间或某一过程，其平均感应电动势： I tN E 平均电流→∆∆•=φ=U r R E 平均电压→+=I R • 2、学生容易出现的错误：（1）有效值的理解：有效值=2最大值，学生容易把条件“正弦或余弦”交流电忽视，对于非正弦或余弦交流电，学生很难建立起电流热效应方程，以求解有效值。

如：求以下交流电的有效值。

学生容易出现以下几种答案： a : U=25, b : U=23c: U=28正确的解法： 建立电流热效应方程： 2.01.031.05222⨯=⨯+⨯RU R R 即： U=17 （V ）（2）平均值的理解：如：交流发电模式中，从中性面开始，转过060，求此过程的平均电动势。

学生容易出现以下错误，把平均电动势理解为电动势的平均值，即E =S NB Em e e ω43260sin 02021=+=+ 正确的解法： E =N πωωπφ2326160cos 0S NB BS BS N t =•-=∆∆ （3）求解功率或电热用交流电源给外电路供电，在求解功率或电热问题的时候，学生很容易把平均值与有效值混淆。