高中物理竞赛电学教程第四讲电磁感应第五讲交流电
第五讲
5．1．1、交流电的产生及变化规律如图5-1-1所示，矩形线圈如图5-1-2所示
线圈中产生的瞬时感应电动势按正弦规律变化，
交流电
§5。1、基本知识
abcd在匀强磁场中匀速转动，闭合电路中产生交流电。
如果从线圈转过中性面的时刻开始计时，那么线圈平面与磁感应强度方向的夹角为
t，
e
m
nBSsint
N
a
b
od
s
sint
式
m
nBS，称为感应电动势的最大值。
i
m
o
R
电路中的电流强度也按正弦规律变化，
Rr
sint
I
m
sint
图5-1-1
Im
式中
m
R
Rr
r
，称为交流电流的最大值。
外电路的电压按正弦规律变化，
u
m
R
sint
Umsint
式中
Um
m
R
r，称为交流电压的最大值。
R
5．1．2、表征交流电的物理量（1）周期和频率
周期和频率是表征交流电变化快慢的物理量。一对磁极交流发电机中的线圈在匀强场中匀速转动一周，电流按正弦规律变化一周。我们把电流完成一次周期性变化所需的时间，叫做交流电的周期位是秒。我们把交流电在叫做交流电的频率
（2）最大值和有效值交流电流的最大值
T，单
d
中性面
1秒钟内完成周期性变化的次数，
B
f，道位是赫兹。
Im与交流电压的最大值Um是交
交流电的
o
t
a
t
流电在一周期内电流与电压所能达到的最大值。最大值
Im与Um可以分别表示交流电流的强弱与电压的
图5-1-2
高中物理竞赛电学教程第五讲交流电
高低。
交流电的有效值是根据电流热效应来规定的。让交流电和直流电通过相同阻值的电阻，如果它们在相同时间内产生的热效应相等，就把这一直流电的数值叫做这一交流电的有效值。通常用
表示交流电源的有效值
, 用I表示交流电流的有效值，用
U表示交流电压的有效值。
正弦交流电的有效值与最大值之间有如下的关系：
m
2
,I
Im2
,U
Um2
当知道了交流电的有效值，很容易求出交流电通过电阻产生的热量。设交流电的有效值为I，电阻为R，则在时间t内产生的热量
Q
IRt。这跟直流电路中焦耳定律的形式完全
m
2
相同。由于交流电的有效值与最大值之间只相差一个倍数，所以计算交流电的有效值时，欧姆定律的形式不变。
通常情况下所说的交流电流或交流电压是指有效值。（3）相位和相差
交流发电机中如果从线圈中性面重合的时刻开始计时，交流电动势的瞬时值是面有一夹角
0
sin(t
0
)
O
B
et
m
sint。如果从线圈平面与中性
t，线圈从线圈平面
0
t
0
时开始计时，那么经过时间
0，如图
图5-1-3
与中性面有一夹角是电动势瞬时值是
5-1-3所示，则交流电的
e
间t确定，而是由
m
sin(t
0
)。t
0对于确定交流电的大小和
从交流电瞬时值表达式可以看出，交流电瞬时值何时为零，何时最大，不是简单地由时
t
0来确定。这个相当于角度的量
0
方向起重要作用，称之为交流电的相位。
是t=0时刻的相位，叫做初相位。在交流电中，
相位这个物理量是用来比较两个交流电的变化步调的。
两个交流电的相位之差叫做它们的相差，用等于初相位之差，即
表示。如果交流电的频率相同，相差就
(t
这时相差是恒定的，不随时间而改变。两个频率相同的交流电，这两个交流电称做同相位；如果们说交流电
10
)(t
20
)
10
20
，
它们变化的步调是否一致要由相差来决定。如果
10
20
0，
，我
180
。
，这两个交流电称为反相位；若
I1比I2相位超前
，或说交流电
I2比I1相位落后
。
5．1．3、交流电的旋转矢量表示法
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