穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化時(shí),產(chǎn)生感應(yīng)電流,而磁通量變化的方式不同,產(chǎn)生的感應(yīng)電流也不同,感應(yīng)電流可以是恒定的,可以是變化的,可以是周期性變化的,我們將研究一種十分重要的周期性變化的電流——正弦交變電流.
一、交變電流的產(chǎn)生
1、交變電流:大小和方向都隨時(shí)間作周期變化的電流,叫做交變電流,簡稱交流.
2、閉合的線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動時(shí),產(chǎn)生交流電,但這不是產(chǎn)生交流電的惟一方式.
二、交變電流的變化規(guī)律
設(shè)正方形線圈的邊長為l,在勻強(qiáng)磁場b中繞垂直于磁場的對稱軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動,矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動的四個(gè)過程如圖所示:
(一)分析:線圈bc、da始終在平行磁感線方向轉(zhuǎn)動,因而不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,只起導(dǎo)線作用.
1、線圈平面垂直于磁感線(甲圖),ab、cd邊此時(shí)速度方向與磁感線平行,線圈中沒有感應(yīng)電動勢,沒有感應(yīng)電流.
這時(shí)線圈平面所處的位置叫中性面.
中性面的特點(diǎn):線圈平面與磁感線垂直,磁通量最大,感應(yīng)電動勢最小為零,感應(yīng)電流為零.
2、當(dāng)線圈平面逆時(shí)針轉(zhuǎn)過時(shí)(乙圖),即線圈平面與磁感線平行時(shí),ab、cd邊的線速度方向都跟磁感線垂直,即兩邊都垂直切割磁感線,這時(shí)感應(yīng)電動勢最大,線圈中的感應(yīng)電流也最大.
3、再轉(zhuǎn)過時(shí)(丙圖),線圈又處于中性面位置,線圈中沒有感應(yīng)電動勢.
4、當(dāng)線圈再轉(zhuǎn)過時(shí),處于圖(丁)位置,ab、cd邊的瞬時(shí)速度方向,跟線圈經(jīng)過圖(乙)位置時(shí)的速度方向相反,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向也跟在(圖乙)位置相反.
5、再轉(zhuǎn)過線圈處于起始位置(戊圖),與(甲)圖位置相同,線圈中沒有感應(yīng)電動勢.
(二)在場強(qiáng)為的勻強(qiáng)磁場中,矩形線圈邊長為,逆時(shí)針繞中軸勻速轉(zhuǎn)動,角速度為,從中性面開始計(jì)時(shí),經(jīng)過時(shí)間.線圈中的感應(yīng)電動勢的大小如何變化呢?
線圈轉(zhuǎn)動的線速度為,轉(zhuǎn)過的角度為,此時(shí)ab邊線速度以磁感線的夾角也等于,這時(shí)ab邊中的感應(yīng)電動勢為:
同理,cd邊切割磁感線的感應(yīng)電動勢為:
就整個(gè)線圈來看,因ab、cd邊產(chǎn)生的感應(yīng)電勢方向相同,是串聯(lián),所以當(dāng)線圈平面跟磁感線平行時(shí),即,這時(shí)感應(yīng)電動勢最大值;
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感應(yīng)電動勢的瞬時(shí)表達(dá)式為:
可見在勻強(qiáng)磁場中,勻速轉(zhuǎn)動的線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是按正弦規(guī)律變化的.即感應(yīng)電動勢的大小和方向是以一定的時(shí)間間隔做周期性變化.
當(dāng)線圈跟外電路組成閉合回路時(shí),設(shè)整個(gè)回路的電阻為,則電路的感應(yīng)電流的瞬時(shí)值為表達(dá)式.
感應(yīng)電流瞬時(shí)值表達(dá)式為,這種按正弦規(guī)律變化的交變電流叫正弦式電流.
(三)交流電的圖像
交流電的變化規(guī)律還可以用圖像來表示,在直角坐標(biāo)系中,橫軸表示線圈平面跟中性面的夾角(或者表示線圈轉(zhuǎn)動經(jīng)過的時(shí)間),縱坐標(biāo)表示感應(yīng)電動勢(感應(yīng)電流).
三、應(yīng)用
交流發(fā)電機(jī)
1、發(fā)電機(jī)的基本組成
①用來產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的線圈(叫電樞).
②用來產(chǎn)生磁場的磁極.
2、發(fā)電機(jī)的基本種類
①旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)(電樞動磁極不動).
②旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)(磁極動電樞不動).
無論哪種發(fā)電機(jī),轉(zhuǎn)動的部分叫轉(zhuǎn)子,不動的部分叫定子.