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十六----交变电流
复习要点
1、交变电流的产生、变化规律及图象表达
2、表征交变电的物理量、交变电的有效值
3、电感和电容对交变电的影响
4、变压器的构造、作用、原理
5、理想变压器的理想化条件及规律
6、远距离办理电
二、难点剖析
1、交变电流的几个基本问题
（1）产生交变电流的基本原理
交变电流的产生，一般都是借助于电磁感应现象得以实现的。因此，可以说，产生交变电流的基本原理，就是电磁感应现象中所遵循的规律——法拉第电磁感应定律。
（2）产生交变电流的基本方式
一般来说，利用电磁感应现象来产生交变电流的具体操作方式可以有很多种。例如，使图中所示的线圈在匀强磁场中往复振动，就可以在线圈中产生方向交替变化的交变电流。但这种产生交变电流的操作方式至少有如下两个方面的不足：第一，操纵线圈使之往复振动，相对而言是比较困难的；第二，使线圈往复振动而产生的交变电流，其规律相对而言是比较复杂的。正因为如此，尽管理论上产生交变电流的具体操作方式可以有很多种，但人们却往往都是选择了操作较为方便且产生的交变电流的规律较为简单的一种基本方式——使线圈在匀强磁场中相对做匀速转动而切割磁感线来产生交变电流。这几乎是所有交流发电机的基本模型。
（3）交变电流的规律（以交变电动势为例）
使线圈在匀强磁场中相对做匀速转动而切割磁感线所产生的交变电流是正弦交变电流，其规律的一般表达式为。推导过程如下：如图—2所示，边长ab=l1，bc=l2的N匝矩形线圈，绕其对称轴OO’在磁感强度为B的匀强磁场中以角速度做匀速转动，当线圈平面转到与中性面（穿过线圈的磁通量达到最大值时线圈所在的平面）夹角时为初始时刻，经过时间t线圈转至图-3所示位置（此图是在图7-2的基础上俯视而得），则此时bc和ab两条边上各有N条长为l2的导线以速率沿图示方向做切割磁感线运动，于是此时线圈回路程中总的感应电动势可用法拉第电磁感应定律求得，为

（4）把握交变电流规律的三个要素（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。
——交变电流圆频率：实际上就是交流发电机转子的转动角速度。它反映了交变电流变化的快慢程度，与交变电流的周期T和频率f间的关系为。
——交变电流初相：它由初始时线圈在磁场中的相对位置决定，实际上就是计时起点线圈平面与中性面间的夹角。
（5）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。
②一般交变电流表直接测出的是交变电流的有效值，一般用电器铭牌上直接标出的是交变电流的有效值，一般不作任何说明而指出的交变电流的数值都是指有效值。
③交变电流的有效值与其相应的最大值间的关系为
。
上述关系式只适用于线圈在匀强磁场中相对做匀速转动时产生的正弦交变电流，对于用其他方式产生的其他交变电流，其有效值与最大值间的关系一般与此不同，京戏根据有效值的定义作具体分析。
2、理想变压器的几个基本问题
（1）理想变压器的构造、作用、原理及特征。
构造：两组线圈（原、副线圈）绕在同一个闭合铁心上构成所谓的变压器。
作用：在办理送电能的过程中改变电压。
原理：其工作原理是利用了电磁感应现象。
特征：正因为是利用电磁感应现象来工作的，所以变压器只能在输送交变电流的电能过程中改变交流电压。
（2）理想变压器的理想化条件及规律
如图—4所示，在理想变压器的原线圈两端加交流电压U1后，由于电磁感应的原因，原、副线圈中都将产生感应电动势。根据法拉第电磁感应定律，有

忽略原、副线圈内阻，有
。
另外，考虑到铁心的导磁作用而且忽略漏磁，即认为任意时刻穿过原、副线圈的磁感线条数都相同，于是又有
。
由此便可得理想变压器的电压变化规律为
。
在此基础上再忽略变压器自身的能量损失（一般包括了线圈内能量损失和铁心内能量损失这两部分，分别俗称为“铜损”和“铁损”），有P1=P2，而
P1=I1U1，P2=I2U2。
于是又得理想变压器的电流变化规律为
。
由此可见：
①理想变压器的理想化条件一般指的是：忽略原、副线圈内阻上的分压，忽略原、副线圈磁通量的差别，忽略变压器自身的能量损耗（实际上还忽略了变压器原、副线圈电路的功率因素的差别）。
②理想变压器的规律实质上就是法拉第电磁感应定律和能的转化与守恒定律在上述理想化条件下的新的表现形式。
（3）多组副线圈理想变压器的规律。
由法拉第电磁感应定律，并考虑到线圈无同阻等，有
U1：U2：U3…=n1:n2