交流电是怎样产生的
交流电的产生
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。
交流电的产生原理
交流电的产生原理
交流电的产生原理是利用电磁感应现象而实现的。
电磁感应是指导体在磁场中运动时会产生感应电动势的现象。
而交流电就是指电流方向定期地反转的电流。
交流电的产生有几种常见的方式。
第一种方式是通过旋转线圈在磁场中。
当一个线圈在磁场中旋转时，线圈内部的磁通量随着角度的变化而变化。
根据法拉第电磁感应定律，磁通量的变化会引起线圈内部的感应电动势。
当线圈的角速度与旋转频率相等时，感应电动势的大小和方向也发生周期性的变化，从而产生交流电。
这种产生交流电的装置叫做发电机。
第二种方式是通过交变磁场的作用。
当一个磁场的方向周期性地变化时，磁场中的导体会产生感应电动势。
这也是电磁感应现象的另一种表现形式。
可以利用这一原理来产生交流电。
一种常见的装置是变压器，它利用一个交变电源产生交变磁场，从而感应出交流电。
第三种方式是利用振荡电路。
振荡电路是由电容器和电感器组成的电流变化周期性的电路。
当电容器和电感器在不同的时间间隔内充放电时，电路中的电流大小和方向会周期性地变化。
这样就可以产生交流电。
振荡电路广泛应用于无线电和通信技术中。
通过以上方式，我们可以实现交流电的产生。
交流电具有频率可调、方便输送等优点，广泛应用于生活和工业中。
交流电的产生
交流电的产生一、交流电的产生1、交流电：大小和方向都随时间作周期性变化的电流或电压称为交流电。
2、交流电的产生：线圈在匀强磁场中，绕垂直磁场的轴匀速转动时，线圈abcd 中就产生按正弦规律变化的感应电动势，闭合电路中就产生了按正弦规律变化的感应电流。
如图所示。
为更方便说明问题，把图1改画为图2，图2的位置3正与图1所示的位置相对应，根据切割磁感线产生感应电动势的规律，利用右手定则定性判断感应电流的大小，方向随线圈转动而变化的具体情况，以分析1、2、3位置为主。
注意分析过程应指出：中性面：线圈在位置1即线框平面与磁感强度方向垂直时，磁通量最大，但导线ab ，cd 的速度方向与磁感应强度B 方向平行而不切割磁感线，因此不产生感应电动势，故称之为中性面；可见，在此位置虽然磁通量最大，但磁通量的变化率为零。
最大磁通量应为21L BL BS m ==φ，而跟线圈的匝数没有关系。
线框平面与B 平行时，ab,cd 边速度方向与B 垂直，因而产生感应电动势最大，线圈在此位置的磁通量虽然为零，但穿过线圈的磁通量的变化率最大，最大值为ωωφ21L BL BS tm ==∆∆，由于线圈有N 匝，相当于有N 个电源相串联，所以产生的最大感应电动势为ωωφ21L NBL NBS t NE m m ==∆∆= 线框每转一周，感应电流便为一次周期的性的变化，电流方向变化两次。
3、正弦交流电的产生：线圈在匀强磁场中，绕垂直磁感强度的轴ＯＯ′匀速转动时，产生的交流电为正弦交流电，即电动势，电流大小，方向按正弦规律变化。
若图1所示线框ab=L ,bc=l ,ＯＯ′过cb, da 中间，线框以角速度ω匀速转动。
线框从与中性面重合时ad 位置开始计时，经过ts ，转至a ′d ′位置夹角α＝ω t ，速V 与B 不垂直，将其分解为⊥V 、||V 两个分速度，切割磁感线的分速度为,⊥V t l V V ωωαsin 21sin ==⊥， 则，t l BL ωωεsin 212⋅=，即t BLl ωωεsin =，ωBLl 均为不变的量，ε将按t ωsin 的规律变化。
交流电和直流电区别-交流电知识
交流电和直流电区别,交流电知识交流电是大小和方向都随时间变化的一种电。
交流电是用交流发电机发出的,在发电过程中,多对磁极是按一定的角度均匀分布在一个圆周上,使得发电过程中,各个线圈就切割磁力线,由于具有多对磁极，每对磁极产生的磁力线被切割产生的电压、电流都是按弦规律变化的，,所以能够不断的产生稳定的电流。
交流电的频率一般是50赫兹,即每秒变化50次.当然也有其它频率.如电子线路中有方波的、三角形的等，但这些波形的交流电不是导体切割磁力线产生的，而是电容充放电、开关晶体管工作时产生的。
直流电的方向则不随时间而变化。
通常又分为肪动直流电和稳恒电流。
脉动直流电中有交流成分，如彩电中的电源电路中大约300伏左右的电压就是脉动直流电成分可通过电容去除。
稳恒电流则是比较理想的，大小和方向都有不变。
最本质的区别是: 交流电是按正弦曲线变化的.由于交流发电机,在发电过程中,多对磁极是按一定的角度均匀分布在一个圆周上,使得发电过程中,各个磁极切割磁力线的时候,具有互补性,所以能够不断的产生稳定的电流;交流电的频率一般是50赫兹,即每秒变化50次.当然也有其它频率. 直流电则不是按正弦曲线变化的.没有频率的变化.交流电与直流电最直观的区别是方向变不变；直流电的电流方向是不随时问变化的，但大小可能变化；最特殊的直流电是大小方向都不变的稳恒电流。
所谓交流，就是电流交替流动，其方向是交替变化的，最常见的是民用电，它是正（余）弦式交流电，电微电子电路中常见的有方波电流电人就是所谓的触电，是指电流经过人体形成了回路而且达到了一定的强度所造成的。
关键的问题是要形成回路，并且电压在一定的范围之内。
要想身体感觉到被电了，电流要有一定的强度，一般人体通过的电流不大于30mA就不会出现生命危险。
直流电一般正负极均不接地，这时你手握其中一极，和另一极是绝缘的，形不成回路，就不会触电。
因为人体和电极间有一个电容效应，如果电压过高，照样会触电。
交流电的工作原理
交流电的工作原理一、引言交流电是我们日常生活中不可或缺的电力形式之一。
它被广泛应用于家庭、工业和商业等领域。
本文将详细介绍交流电的工作原理。
二、交流电的定义交流电是指在电路中不断变化方向的电流，其大小和方向都随时间而变化。
它与直流电不同，后者只有一个方向。
三、交流电的产生1. 旋转磁场原理交流电的产生基于旋转磁场原理。
当通过线圈通以交变电压时，线圈内将会产生一个旋转磁场。
这个旋转磁场会导致线圈内的导体发生运动，从而产生交流电。
2. 发电机原理发电机是一种能够将机械能转换为电能的设备。
它通过旋转磁场原理来产生交流电。
发动机驱动发电机转动，使得发电机内部的线圈与磁极相互作用，从而产生旋转磁场。
这个旋转磁场会导致线圈内的导体运动，从而产生交流电。
四、交流电的特点1. 方向随时间变化由于其方向随时间变化，交流电的平均值为0。
这意味着交流电不会在电路中产生永久性的电荷积累。
2. 频率交流电的频率是指其方向变化的速度。
在欧洲和亚洲，交流电的频率通常为50赫兹（Hz），而在北美，频率通常为60Hz。
3. 有效值由于交流电的大小和方向都随时间而变化，因此无法直接测量其大小。
相反，我们使用有效值来表示其大小。
有效值是指一段时间内交流电平方的平均值再开根号。
五、交流电与直流电的比较1. 方向不同直流电只有一个方向，而交流电方向随时间变化。
2. 大小不同直流电大小恒定，而交流电大小随时间变化。
3. 传输距离不同直流电可以传输很远距离，而交流电传输距离较短。
4. 应用不同直流电主要用于低功率设备和通信系统中，而交流电主要用于家庭、工业和商业等领域。
六、结论本文详细介绍了交流电的工作原理、产生方式、特点以及与直流电的比较。
交流电是我们日常生活中不可或缺的电力形式之一，我们需要了解其工作原理以更好地应用它。
交流电的产生和变化规律
abcda
abcda
v
a
d
v
0
dcbad
0
中性面: 垂直于磁场方向的平面.
中性面特点:
v
1) 磁通量最大, 磁通变化率最小, 电动 a
d
势最小,电流为零.
v 2) 线圈每经过中性面,电流方向改变一
次,线圈转动一周, 电流方向改变两次. 电
流
0
二. 交流电的图象和变化规律 1. 函数表达式
t = 0 时刻, 线圈位于中性面.
线圈转动的加速度为ω, 边长为L
ad边与bc边永不切割磁感线，只有ab 边与cd边切割磁感线，
θ
据右手定则或楞次定律，可知，两边ab与cd 切割的感应电动势是串联关系.
经过时间t 时: 令cd边切割磁感线产生的感应电动势为E0 则: E0 = BL cd Vd = BL cd ω (L ad /2) sin θ=
= BL cd ω (L ad /2) sin ω t
同理, ab边切割磁感线产生的感应电动势为
θ
E`0 = BL ab Va= BL ab ω (L ad /2) sin (π-θ) =
= BL ab ω (L ad /2) sin ω t
一匝线圈产生的感应电动势
E = E0+ E0` = BL cd ω (L ad /2) sin ω t + BL ab ω (L ad /2) sin ω t = BL cd L ab ω sin ω t = B S ω sin ω t
2. 分类
旋转电枢式交流发电机 旋转磁极式交流发电机
作业： 《互动课堂》P112 1-5
交流发电机的主要结构： 磁极 线圈
灯在闪烁
交流电的原理
交流电的原理
我们所说的交流电是指发电机发出的电流，它是由电动机产生的，当电动机转动时，电动机内部的铁芯带动转子旋转，转子旋转时就在定子的磁感线上切割磁力线，产生感应电流。
在感应电流的作用下，铁芯中的磁通发生变化，从而使转子切割磁力线而产生感应电动势。
由于转子是通过线圈带动的，因此转子旋转时会产生一个旋转磁场，当这个磁场和定子磁场互相垂直时就会形成一个与定子方向相反、大小相等、方向相反的力。
这个力就是机械能。
在一定条件下，机械能可以转化为电能。
交流电和直流电一样都是一种能量。
在日常生活中，我们可以看到：在电灯开关上接一个直流电开关，用手轻轻一推就会有一个小灯泡亮起来；在电风扇上接一个直流电开关，用手一拨就会有风吹出来……这些都是直流电和交流电在日常生活中的应用。
但是我们也不能否认：交流电和直流电其实是同一事物的两个方面，它们都有能量转化为电能的过程。
我们可以根据它们各自不同的特点来进行区别和选择使用。
—— 1 —1 —。
交流电的产生原理
交流电的产生原理
交流电是指电流方向和大小随时间变化的电流。
它是由交流电源产生的，交流电源是指能够产生交流电的设备或系统。
交流电的产生原理是基于电磁感应现象和电动势定律。
电磁感应现象是指当导体在磁场中运动或磁场发生变化时，会在导体中产生感应电动势。
这个现象是由法拉第发现的，也称为法拉第电磁感应定律。
电动势定律是指当导体中存在电动势时，会在导体中产生电流。
这个定律是由法拉第和欧姆发现的，也称为欧姆-法拉第定律。
交流电的产生原理是基于这两个定律。
交流电源中有一个旋转的磁场，它可以通过电磁感应现象在导体中产生感应电动势。
这个感应电动势的大小和方向随时间变化，因此导体中的电流也随时间变化。
这就是交流电的产生原理。
交流电源中的旋转磁场可以通过不同的方式产生。
最常见的方式是使用发电机。
发电机是一种将机械能转换为电能的设备，它通过旋转磁场在导体中产生感应电动势。
发电机的转子上有一个旋转的磁场，它可以通过电磁感应现象在定子中产生感应电动势。
定子上的导体通过电动势定律产生电流，这就是交流电。
交流电的频率是指电流方向和大小变化的速度，它通常以赫兹（Hz）
为单位。
在欧洲和亚洲，交流电的频率通常为50赫兹，而在北美和南美，交流电的频率通常为60赫兹。
交流电的产生原理是基于电磁感应现象和电动势定律。
交流电源中的旋转磁场可以通过发电机等设备产生，它在导体中产生感应电动势，从而产生交流电。
交流电的频率通常以赫兹为单位，它是电流方向和大小变化的速度。
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中
性
b a
a(b) v3
面
c
的
d F
v4
d(c)
概H 念
没有边切割磁感线
中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置叫做中性面
B⊥S， Φ最大， E=0 , I=0
问题3.若单匝线框所处位置与中性面垂直,设磁感应强
度大小为B ,ab边和cd边长均为L1,ad边和bc边长为L2, 线框绕垂直于磁场并且过ad和bc边中点的轴旋转,角
速度大小为ω. 问: ab边和cd边切割产生的电动势分别
是多大?
中性面
c
v6
d
a Eab
BL1v5
BL1
L2 2
d(c)
F
H
Eab
Ecd
BL1v5
BL1v6
BL1
L2 2L
BL1 2
2
a(b)
v5
问题4.整个单匝线框在与中性面垂直位 置时产生的感应电动势是多大?
中性面 c
v6
d
a
解析：
e Em sint NBS2 nsin(2 nt)
100 1 0.05 2 300 sin(2 300 t)
60
60
50sin(10t)V
(2)线圈转过1／30s时电动势的瞬时值多大；
当t＝1／30s时，电动势的瞬时值
e 50sin(10 1 ) 43.3V
内．请写出从这一时间开始计时,感应电动势随时间
变化的关系式.
× ×
×× A××
× ×
× ×
××××× × ×C× ×B× ×××××
× ×
×× A××
× ×
× ×
××××× × ×C× × B× ×××××
e=nBSωsinωt （n=1）
思考：线圈在磁场中绕垂直于磁场的轴旋转切 割产生的电动势与线圈的形状是否有关？
问题6.若n匝线框从中性面开始转动,经过一段时 间t,在这一时刻整个线框产生的电动势又是多大?
b
c a
d
F H
瞬时值
θ
V8
e nBssin t Em sin t
中性面
V7
峰值 Em
问题7.若有n匝线框在匀速转动,整个线框的总电阻 为r,外电阻为R,则通过R的电流和加在R两端的电 压分别是多少?
4
4 Rr
R(nBS
(R r)2
)2
【例5】如图所示，线圈的面积是0.05㎡，共有100匝； 线圈电阻为1Ω，外接电阻R＝9Ω，匀强磁场的磁感应 强度为B＝1／πT，当线圈以300r/min的转速匀速旋 转时，求：
(1)若从线圈处于中性面开始计时，写出线 圈中感应电动势的瞬时表达式；
中性面
V8
vu i
θ
V7
e Em sin t
i e Rr
u iR
i Em sin t Rr
i Im sin t
瞬时值
峰值
R u R r Em sin t
u Um sin t
问题8.前面是用表达式表示交流电的变化规 律,怎样用图象表示交流电的变化规律?
b a
d(c)
a(b)
F
v5
H
E =Eab+Ecd=BL1v5+BL1v6=BL1L2ω=Bsω
思考:磁通量是多大? 0
问题5.若单匝线框从中性面开始转动,经过一段时 间t,在这一时刻整个线框产生的电动势又是多大?
c a
d
F H
中性面
θ
V8
V7
b
c a
d
F H
中性面
V8
θ
θ θ
V7
e Em sin t
U或I U或I
其他波样
t/s
正弦单向脉动
U Um 2
I Im 2
正弦半波
U Um 2
t/s
I Im
2
例1：如图表示一交流随时间变化的图像，求此交
流的有效值。
iA
I 2RT
I12
R
T 2
I
2 2
R
T 2
2
o
12
3
4
ts
I 2 ( 2 )2 1 ( 4 )2 1 22 22
Q
I
2 Rt
Ba2
2R
2
R
2
B2a4
4R
(2)线圈从图示位置转过T／4的过程中通过线圈某截 面的电量q
解析：
E
t
Ba2
2
2Ba2
I E 2Ba2 R R
q It 2Ba2 Ba2 R 2 R
4 2
E n 2 nBS t
平均电流为
I E 2nBS R r (R r)
通过R的电量
q It nBS Rr
（2）电阻R上产生的焦耳热Q
在此过程中电阻R上的焦耳热为一个周期 内产生焦耳热的1／4，
Q 1 I 2RT 1 ( nBS 2 )2 R 2
1、产生：当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀 速转动并且从中性面开始计时，线圈中产生的交流是 随时间按正弦规律变化的，即正弦交流。
2、中性面：跟磁感线垂直的平面叫做中性面。这一位置穿 过线圈的磁通量最大，但线圈的磁通量变化率为零， 线圈中无感应电动势。
3、方向变化规律-------线圈平面每经过中性面 一次，感应电流的方向就改变一次；线圈转动 一周，感应电流的方向改变两次。
【例4】如图所示，矩形线圈的匝数为n，线圈面积为 S，线圈内阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕 OO’轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R。在线圈 由图示位置转过90°的过程中，求：
(1)通过电阻R的电量q；
解析：在此过程中，穿过线圈磁通量变化 BS
所用时间 t T 产生的平均电动势为
30
(3)电路中电压表和电流表示数各是多少。 电动势的有效值为
E Em 50 35.4V 22
电流表的示数
I E 35.4 3.54A R r 91
电压表的示数
U IR 3.949 31.86V
（4）线圈每转过一周，外力所做的功。
线圈转动一周外力做的功等于电路中 产生的电能
思考：若线框从垂直中性面开始计时，在t
时刻线圈中的感应电动势？并画出图象。
e=nBsωcosωt=Emcosωt
e
Em
T/4
T/2
3T/4
O
π/2
π
3π/2
Tt
2π ωt
(一)交变电流：
小结:
大小和方向随时间作周期性变化的电流，简称交流。
其中按正弦规律变化的交流电叫正弦交流电。
（二）正弦交流电的产生及变化规律
高中物理 选修3－2
第三章 交变电流
3.2 交变电流是怎样产生的
林剑峰 莆田第五中学物理组
在 t 时间内产生的热量为Q
R
R
I
交流电源
直流电源
在同个电阻R上、相同时间t内，产生相同的热量Q
U或I
Um或Im
0
U Um 2
t/s I Im 2
注意：非正弦（或余弦）交流的有效值和峰值之间无此关系。
cห้องสมุดไป่ตู้
c
d
b
b a
c
da
b ad
c
d
a
d
作图时规定感应电动势正方向为dcbad
b a
c d
c da
c d
b a
b ad
b a
c d
e
Em
T/4
T/2
3T/4
Tt
O
π/2
π
3π/2
2π ωt
Em=nBsω e Em sin t
作图时规定感应电流正方向为dcbad
b a
c
c
d
b
b a
c
da
b ad
c
d
a
d
i
Im
T/4
T/2
3T/4
O
π/2
π
3π/2
n B s
Im R r i Im sin t
Tt
2π ωt
思考：线圈在什么位置电流方向会发生 改变？
NN
e
+
o
t
SS
NN
e
+
o
t
SS
NN
e
+
o
t
SS
NN
e
+
o
t
SS
NN
e
+
o
t
SS
N
e
+
o
t
SS
NN
e
+
o
t
SS
NN
e
〖练习3〗一个电阻接在10V的直流电源上， 它的发热功率是P，当接到电压为 u=10sinωtV的交流电源上，它的发热功率-------------------（ B ）
A．0.25P B．0.5P C．P D．2P
练习3：如图所示，共n匝、阻值为r、边长为L的正方形 线圈的一半放在具有理想边界的匀强磁场中，磁场的磁 感应强度为B，线圈轴线OO′与磁场边界重合。线圈按图 示方向匀速转动，转动的角速度为ω。开始计时的时刻， 线圈平面与磁场方向垂直，规定电流方向沿abcd为正方 向。则线圈内感应电流随时间变化的图像应是图（乙） 中的