正弦交流电如何形成

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  正弦交流电如何形成

  正弦交流电是交流电里最基本、最简单的一种,所以正弦交流电占有其特殊地位。到底有哪些方式可以产生正弦交流电呢?

  方式1:线框在匀强磁场中匀速转动产生正弦交流电

  这是产生正弦交流电的最基本方式,也是感应发电机的原理。线框的转动轴一般跟磁场方向垂直,线框平面跟磁场方向垂直的位置叫中性面。在中性面处磁通量最大,而感应电动势最小为零。最大值Em=nBSω,这一结果只要求转动轴与磁场方向垂直且与线圈在同一平面上即可,不要求转动轴在线圈的什么特殊位置上;这一结果也与线圈的形状无关。其瞬时值的表达式为e = Emsinωt。

  方式2:穿过线框内的磁场成余弦变化产生正弦交流电

  

  如图2所示,垂直穿过线圈的磁场强弱成余弦变化时,根据麦克斯韦的电磁理论可知,在线圈中会产生正弦交流电。即磁感强度B=Bmcosωt, 则线圈中的电流i = BmS sinωt.(S为线圈的面积)。这样形成的电流叫涡旋电流,在变压器的铁芯中就存在着涡流;为防止因此而产生的损耗,所以变压器的铁芯是由一片一片的硅钢片做成的。电磁炉就是利用这一原理制成的。

  方式3:互感产生正弦交流电

  这种方式就是变压器的原理,实际上就是一个电生磁磁生电的过程,也就是互感现象。如图所示,这里不在赘述。

  方式4:滑动变阻器上的滑片做简谐运动时产生正弦交流电

  交流电

  例:在图5所示的威廉希尔官方网站 中,滑线变阻器是由均匀电阻绕成的,d是它的中点,电源电动势E=3伏,内阻忽略不计。问:

  (1)若要在A、B间得到一正弦交流电压,滑动触头P如何滑动?

  (2)当A、B间得到正弦交流电压时,其电压有效值最大可能是多少?

  解析:AB两点间的电压就是Pd间的电压。设滑线变阻器的总长为L,Pd间长度为x。由串联威廉希尔官方网站 的特点可知,

  

  而E和L是定值,故欲使AB间的电压为正弦电压,必须使x随时间t成正弦变化。因此,P应做简谐运动;即x=XMsinωt。振幅XM越大其最大值越大,当振幅XM取最大时其有效值为最大,因此有效值最大为。

  方式5:导体棒做简谐运动而切割磁感线时产生正弦交流电

  交流电

  例:如图6所示,PQ和MN是平行放着的两根金属导轨(电阻忽略不计),其间距为L左边接一阻值为R的电阻;右边有一导体棒EF(电阻忽略不计)垂直放在导轨上。匀强磁场垂直导轨平面向下,磁感强度大小为B。

  问:(1)导体棒在导轨上做何运动可以在电阻R上得到正弦交流电

  解析:欲使电阻上得到正弦交流电,导体棒就应做简谐运动。

  方式6:LC振荡威廉希尔官方网站 产生高频正弦交流电

  交流电

  在LC振荡威廉希尔官方网站 中,当电容器C充电之后,在电感L的自感和电容C反复充放电的共同作用下,威廉希尔官方网站 中就会产生高频正弦交流电,叫做振荡电流。

  除了以上几种方式之外,对压电材料施加周期性变化的作用力,压电材料由于其压电特性也会产生正弦交流电。压电材料现已广泛用于各种电气中。

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