交变电流
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一、交变电流
1、直流电流(DC)
方向不随时间变化的电流称为直流电。电池供给的电流,大小和方向都不随时间变化,所以属于直流.
2、交变电流(AC)
家庭电路中的电流,大小和方向都随时间做周期性变化,这样的电流叫做交变电流。
二、交变电流的产生
如图所示，交流发电机由两个磁极，线圈构成，磁极之间存在磁场，可看作匀强磁场，当线圈转动时，线圈切割磁感线，产生感应电流，转动一圈，线圈切割方向改变，电流方向也就改变。
A、线圈的几个关键位置：
1.中性面：与磁场（磁感线）垂直的面，当转动的线圈处在中性面时，穿过线圈的磁通量最大线圈的两边运动方向与磁感线平行，电动势为0，没有电流。
2.当线圈平面与磁场（磁感线）平行时，通过线圈的磁通量为零，线圈的边线垂直切割磁感线，电动势E达到最大，电流达到最大。
3.线圈继续转动，又到达中性面。磁通量又达到最大（磁通量的方向与上面1相反），电动势为0，电流为零。
4.线圈继续转动，线圈与磁场平行（与2的线圈面相反），线圈的边线垂直切割磁感线，感应电动势达到最大，电流达到最大（线圈里每根导线的电流方向与2相反）。
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注意：中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置叫做中性面． （1）线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零（ ab和cd边都不切割磁感线），线圈中的电动势为零． （2）线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈转动一周，两次经过中性面，电流方向改变两次． |
练习：
1.矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是( )
A．当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大
B．当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动 势也为零
C．每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流方向就改变一次
D．线框经过中性面时，各边不切割磁感线
参考答案：CD
2.如图所示为演示交变电流产生的装置图，关于这个实验，正确的说法是( )
A．线圈每转动一周，指针左右摆动两次
B．图示位置为中性面，线圈中无感应电流
C．图示位置ab边的感应电流方向为a→b
D．线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零
参考答案：C
B、交变电流的变化规律
以线圈经过中性面开始计时，在时刻t线圈中的感应电动势（ab和cd边切割磁感线,ab和cd为L1,bc和ad为L2）
表明电动势按正弦规律变化。这种电流叫做正弦电流
e为电动势在时刻t的瞬时值，
Em为电动势的最大值（峰值）Em =NBSω，
N为线圈匝数、S为线圈面积、ω为线圈转动角速度．
正弦式交变电流的规律：
1.电动势按正弦规律变化 e=Em sinωt
2.电流按正弦规律变化 i=Im sinωt
该电流通过电阻R时，电阻R两边的电压u=iR,最大电压Um=ImR
3.输出电压按正弦规律变化u=Umsinωt
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注意： (1)瞬时值表达式与开始计时的位置有关． ①若线圈从中性面开始计时，e＝Emsinωt. ②若线圈从位于与中性面垂直的位置开始计时，e＝Emcosωt. (2)峰值与开始计时的位置及线圈转动的时间无关，与线圈形状无关，与转轴的位置无关． |
例题：
有一个正方形线圈的匝数为10匝，边长为20 cm，线圈总电阻为1 Ω，线圈绕OO′轴以10π rad/s的角速度匀速转动，如图,匀强磁场的磁感应强度为0.5 T，问：
(1)该线圈产生的交变电流电动势的峰值、电流的峰值分别是多少？
(2)写出感应电动势随时间变化的表达式．
(3)线圈从图示位置转过60°时，感应电动势的瞬时值是多大？
解析：
(2)感应电动势的瞬时值表达式为
e＝Emcosωt≈6.28cos10πt V
(3)线圈转过60°，感应电动势
e＝Emcos60°≈3.14 V
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总结：求交变电流瞬时值一般可分三步 (1)确定线圈从哪个位置开始计时，进而确定表达式是正弦还是余弦形式； (2)确定线圈转动的角速度ω及线圈匝数n、磁感应强度B、线圈面积S等； (3)根据Em＝nBSω，求出最大值后按表达式e＝Emsinωt或e＝Emcosωt代入Em及ω的具体数值． |
练习：
解析：选C.交变电流的瞬时值表达式e＝Emsinωt，其中Em＝NBSω，当ω加倍而S减半时，Em不变，故C正确．
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