正弦交流电的变化规律

交流电的产生一、交变电流的产生和变化规律1、交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流电。

2、正弦式电流；随时间按正弦规律变化的电流叫做正弦式电流，正弦式电流的图象是正弦曲线，我国市用的交变电流都是正弦式电流3、中性面：中性面的特点是，线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零；线圈经过中性面时，内部的电流方向要发生改变。

4、正弦式交流电的产生和变化规律（1）产生过程（2）规律函数形式：N匝面积为S的线圈以角速率ω转动，从某次经过中性面开始计时，则e=NBSωsinωt，用Em表示峰值NBSω，则，电流。

二、描述交变电流的物理量1、周期和频率交变电流的周期和频率都是描述交变电流变化快慢的物理量。

（1）周期T：交变电流完成一次周期性变化所需的时间，单位是秒（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2次。

（2）频率f:交变电流在1s内完成周期性变化的次数，单位是赫兹，符号为Hz，频率越大，交变电流变化越快。

（3）关系：2、瞬时值、最大值、有效值和平均值（1）感应电动势瞬时值表达式：(在计算通电导体或线圈所受的安培力时，应用瞬时值。

)若从中性面开始，感应电动势的瞬时值表达式：（伏）。

感应电流瞬时值表达式：（安）若从线圈平面与磁力线平行开始计时，则感应电动势瞬时值表达式为：（伏）。

感应电流瞬时值表达式：（安）（2）交变电流的最大值（以交变电动势为例）。

——交变电动势最大值：当线圈转到穿过线圈的磁通量为0的位置时，取得此值。

应强调指出的是，与线形状无关，与转轴位置无关，其表达式为。

在考虑交流电路中电容器耐压值时，应采用最大值。

（3）交变电流的有效值①有效值是根据电流的热效应来规定的，在周期的整数倍时间内（一般交变电流周期较短，如市电周期仅为0，02s，因而对于我们所考察的较长时间来说，基本上均可视为周期的整数倍），如果交变电流与某恒定电流流过相同电阻时其热效应相同，则将该恒定电流的数值叫做该交变电流的有效值。

正弦规律变化的交流电的三要素1. 交流电是什么？嘿，大家好！今天我们来聊聊交流电，特别是那种正弦规律变化的交流电。

听起来有点复杂对吧？别担心，咱们慢慢来，就像喝茶一样，细品慢饮。

交流电，简单来说，就是一种电流，它的方向和大小会随着时间周期性变化。

想象一下，波浪在海面上起起伏伏，这就是交流电的节奏。

没错，它就像大海里的波涛汹涌，总是不断地在变化着，让人觉得既神秘又充满力量。

那么，交流电的三要素是什么呢？这就像做菜一样，得有主料、辅料和调料，缺一不可。

今天，我们就来看看这三要素，保你看完后能对交流电有个更清晰的认识。

2. 三要素解析2.1. 电压（Voltage）首先，电压！这是交流电的主角，就像菜里的主料一样。

电压其实就是推动电流流动的“力量”，如果没有它，电流就跟没头苍蝇似的，乱飞也没用。

电压的单位是伏特（V），想象一下，一个高电压的地方就像是一位气场十足的大侠，能把电流一招制敌，势不可挡。

而低电压呢，就像个小角色，虽然也有力量，但总是得靠点别的配合才能打出精彩的表现。

2.2. 电流（Current）接下来是电流！电流就是在电压的推动下流动的电荷，单位是安培（A）。

可以把电流想象成河流，电压就是河道，电流就是流淌在河道里的水。

水流量大，河流湍急，那就说明电流大；反之，则水流缓慢。

说到这里，大家是不是有点理解了？这就像咱们生活中，有时候心情特别好，劲头十足；有时候又觉得没劲，拖拖拉拉，感觉就是电流的高低起伏啊。

2.3. 频率（Frequency）最后一个要素是频率！频率是指电流变化的速度，单位是赫兹（Hz）。

简单来说，频率就是每秒钟电流变化的次数。

如果把电流变化比作一首歌的节拍，频率高就像那种动感十足的舞曲，咱们根本停不下来；频率低呢，就是那种慢悠悠的民谣，听着放松，但总感觉缺少点激情。

我们家用的电通常是50Hz或60Hz，正好是那种跳舞的节奏，恰到好处。

3. 互动与应用那么，这三要素之间又有什么关系呢？就像是生活中的三个人，一起搭档才能做成大事。

正弦交流电的产生和特点正弦交流电的产生基于电磁感应定律，即当一个闭合线圈的导体在磁场中旋转时，将产生感应电动势。

在发电机中，一个磁体（或磁铁）和一个旋转的线圈组成了一个转子，转子通过机械转动将磁场线与线圈交织在一起，从而产生了感应电动势。

通过与电源相连的导线将这个感应电动势引入外部电路，就得到了正弦交流电。

1.周期性变化：正弦交流电的变化是周期性的，电流或电压信号的大小和方向随时间呈正弦形状变化。

这种周期性变化使得正弦交流电适用于一系列周期性的应用，如音频和视频信号等。

2.频率和周期：正弦交流电的频率指的是正弦波的周期数量，单位为赫兹（Hz）。

在国际单位制（SI）中，1赫兹代表每秒1个周期。

电力系统中使用的标准频率是50Hz或60Hz。

3.幅值：正弦交流电的幅值是其峰值值。

对于电压，我们通常使用峰值值或峰-峰值来描述幅值。

峰值指的是正弦波的最大值，峰-峰值是波形的峰值和谷值之间的差值。

4.相位：正弦交流电的相位指的是信号相对于一个参考点的位置。

相位可以用角度或时间来表示。

相位角以度或弧度来度量，相位时间以秒或周期来度量。

5.频谱特征：正弦交流电的频谱特征是指它的频率成分。

频率谱显示信号在频率上的能量分布。

对于正弦交流电，频谱仅包含一个基波频率成分，即信号的主要频率。

6.相位差和相位关系：在电路中，两个或多个正弦交流电信号之间可能存在相位差。

相位差是指两个信号波形之间的时间或角度差。

相位差决定了信号的相对位置和交互作用。

7.可变频率和可变幅值：正弦交流电的频率和幅值可以被调节和控制。

这种可变性使得正弦交流电可以适应不同的应用需求，如电力传输、调制和调频等。

总结：正弦交流电是一种周期性变化的电流或电压信号，它的产生基于电磁感应定律和发电机原理。

正弦交流电具有频率、幅值、相位、频谱特征、相位差和可变频率和幅值等特点。

正弦交流电在电力系统、通信、电器和电子设备等领域广泛应用。

第十四章 交变电流第一单元 交流电的产生及变化规律基础知识一．交流电大小和方向都随时间作周期性变化的电流，叫做交变电流。

其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流，正弦式电流产生于在匀强电场中，绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈里，线圈每转动一周，感应电流的方向改变两次。

二．正弦交流电的变化规律线框在匀强磁场中匀速转动．1．当从图12—2即中性面．．．位置开始在匀强磁场中匀速转动时，线圈中产生的感应电动势随时间而变的函数是正弦函数：即 e=εm sin ωt ， i ＝I m sin ωtωt 是从该位置经t 时间线框转过的角度；ωt 也是线速度V 与磁感应强度B 的夹角；。

是线框面与中性面的夹角2．当从图位置开始计时：则：e=εm cos ωt ， i ＝I m cos ωtωt 是线框在时间t 转过的角度；是线框与磁感应强度B 的夹角；此时V 、B 间夹角为（π/2一ωt ）．3．对于单匝矩形线圈来说E m =2Blv =BS ω； 对于n匝面积为S 的线圈来说E m =nBS ω。

对于总电阻为R的闭合电路来说I m =m E R 三．几个物理量1．中性面：如图所示的位置为中性面，对它进行以下说明：（1）此位置过线框的磁通量最多．（2）此位置磁通量的变化率为零．所以 e=εm sin ωt=0， i ＝I m sin ωt=0（3）此位置是电流方向发生变化的位置，具体对应图中的t 2，t 4时刻，因而交流电完成一次全变化中线框两次过中性面，电流的方向改变两次，频率为50Hz 的交流电每秒方向改变100次．2．交流电的最大值：εm ＝B ωS 当为N 匝时εm ＝NB ωS（1）ω是匀速转动的角速度，其单位一定为弧度／秒，nad/s（注意rad 是radian 的缩写，round/s 为每秒转数，单词round 是圆，回合）．（2）最大值对应的位置与中性面垂直，即线框面与磁感应强度B 在同一直线上．（3）最大值对应图中的t 1、t 2时刻，每周中出现两次．3．瞬时值e=εm sin ωt ， i ＝I m sin ωt 代入时间即可求出．不过写瞬时值时，不要忘记写单位，如εm =2202V ，ω=100π，则e=2202sin100πtV ，不可忘记写伏，电流同样如此．4．有效值：为了度量交流电做功情况人们引入有效值，它是根据电流的热效应而定的．就是分别用交流电，直流电通过相同阻值的电阻，在相同时间内产生的热量相同，则直流电的值为交流电的有效值．（1）有效值跟最大值的关系εm =2U 有效，I m =2I 有效（2）伏特表与安培表读数为有效值．（3）用电器铭牌上标明的电压、电流值是指有效值．5．周期与频率：交流电完成一次全变化的时间为周期；每秒钟完成全变化的次数叫交流电的频率．单位1/秒为赫兹（Hz ）．规律方法一、关于交流电的变化规律【例1】如图所示，匀强磁场的磁感应强度B=0．5T ，边长L=10cm 的正方形线圈abcd 共100匝，线圈电阻r ＝1Ω，线圈绕垂直与磁感线的对称轴OO /匀速转动，角速度为ω＝2πrad ／s ，外电路电阻R ＝4Ω，求：（1）转动过程中感应电动势的最大值．（2）由图示位置（线圈平面与磁感线平行）转过600时的即时感应电动势．（3）由图示位置转过600角时的过程中产生的平均感应电动势．（4）交流电电表的示数．（5）转动一周外力做的功．（6）61周期内通过R 的电量为多少？ 解析：（1）感应电动势的最大值，εm ＝NB ωS ＝100×0．5×0．12×2πV=3．14V（2）转过600时的瞬时感应电动势：e ＝εm cos600=3．14×0．5 V ＝1．57 V（3）通过600角过程中产生的平均感应电动势：ε=N ΔΦ/Δt=2．6V（4）电压表示数为外电路电压的有效值： U=r R +ε·R ＝2143⋅×54=1．78 V （5）转动一周所做的功等于电流产生的热量 W ＝Q ＝（2m ε）2（R十r ）·T ＝0．99J（6）61周期内通过电阻R 的电量Q ＝I ·61T ＝R ε61T ＝()6/60sin 0r R T NBS +＝0．0866 C【例2】磁铁在电器中有广泛的应用，如发电机，如图所示。

正弦交流电的周期、频率和角速度沟通电是大小及方向均变化的量。

例如沟通电势，其瞬时值是由零变到最大，再由最大变到零，然后由零变到负的最大（即电势方向转变），再由负的最大变到零。

沟通电如此变化一次称为一周，用符号C表示。

沟通电即是如此周而复始地持续变化下去。

为了考虑沟通电变化的快慢，可用下述若干特征量。

1. 周期沟通电变化一周所需要的时间称为周期，用符号T表示，单位为秒。

由于沟通电是周期函数，因此有：i＝f（t）＝f（t＋T）。

2. 频率沟通电每秒钟变化的周数称为此沟通电流的频率，用符号f表示。

明显，一秒钟内的周期数即频率值。

（2-10）频率的单位现统一采纳赫兹，简称赫，以符号Hz表示。

在工农业生产上使用的沟通电一般是50Hz；话音频率约为100—5000Hz；在无线电技术及电子技术中所用的频率从数赫到几万兆赫(MHz)。

较高的频率单位常用千赫(KHz)或兆赫(MHz)。

3. 角频率（或称电角速度）如前述沟通电的瞬时方程式u＝Umsinωt或i＝Imsinωt，其中的系数ω称为正弦量的角频率。

如在前例沟通发电机的状况，即线圈在时间t内旋转过的角度α。

ω＝α/t，亦即1秒钟内所转过的角度。

又依据周期的定义，一个周期内，发电机线圈所转过的角度为2π（弧度），则∵故一秒内所转过的角度即为∵ω＝2πf （2-11）ω的单位为弧度/秒。

必需指出正弦沟通电的角频率一般状况下是与实际发电机电枢的空间角速度不相等的。

只有在发电机为一对磁极状况下，二者才相等，如其次节中争论示例的状况。

4. 波速与波长如第一章所述，自由电子在导体内的定向运动为电流。

围绕有电流通过的导线都有电磁场存在。

沟通电流电子运动的方向是交变的，电流的大小亦随时间而变化，导体四周的电磁场亦随时间变化。

变化的电磁场沿导体或在空间中传播称为电磁波，其传播速度称为波速。

电磁场在空间中的传播速度与光速相同，即v＝3×108米/秒。

电磁场在一个变化周期内传播的距离叫做波长，以符号λ表示，依据波长定义，例如沟通市电f＝50赫，其波长为当使用导线长度远比波长为短，即l《λ时，则电波传播所需要的时间是很短的，因此在某一瞬间通过导线任一横截面的电流强度，可以认为是相等的。