高中物理选修3-2交变电流

高中物理选修3-2交变电流知识点汇总思维导图！交流电是指电流方向随时间作周期性变化的电流，在一个周期内的平均电流为零。不同于直流电，它的方向是会随着时间发生改变的，而直流电没有周期性变化。赶快收藏学起来吧！

物理3-2交变电流

• 1交变电流
  • 交流与直流
    • 图像中，如果图线只在时间轴的一侧，无论电流大小是否变化，都属于直流。如果图线在时间轴的上下两侧都有，则不论电流大小是否变化，都属于交变电流
    • 恒定电流/直流/交变电流
      • 恒定电流：方向和大小都不随时间变化的电流
      • 直流（DC）：方向不随时间变化的电流
      • 交变电流（AC）：时间和大小都随时间做周期性变化的电流
    • 交变电流和直流本质区别是方向是否改变
  • 交流的产生
    • 基本产生方法
    • 其他产生方法
  • 交流的变化规律
    • 中性面
    • 中性面垂面
    • 某一角度
  • 补充
    • 波形图：利用传感器可以在荧光屏上绘出电压（或电流）随时间变化的图像
    • 正弦式交变电流：按正弦规律变化的交变电流
• 2描述交流的物理量
  • 周期和频率
    • 周期（T）单位s：交变电流完成一次周期性变化所需的时间
    • 频率（f）单位Hz：1s内交变电流完成周期性变化的次数
    • 关系：T=1/f，w=2Π/T=2Πn
    • 补充
      • 我国交流电周期为0.02s，频率为50Hz
      • 频率是供电质量的重要指标
  • 峰值和有效值
    • 电容器（电学元件）所能承受的电压要高于交流的峰值，否则电容器就可能被击穿
    • “有效”指的是电流热效应的等效，非正弦式交变电流的有效值，应按有效值的定义计算
    • ①家庭电路指的220V②电气设备标的额定电压、额定电流，保险丝的熔断电流③交流电压表（电流表）测量的④计算与电流的热效应有关的量（功率、功、热量等）都是有效值【无说明一般都指有效值】
    • 有效值的定义：让交变电流和恒定电流通过相同阻值的电阻，如果它们在交流的一个周期内产生的热量相等，就把直流的数值叫做这一交变电流的有效值
  • 瞬时值和平均值
    • ①某时刻的感应电压、电流用瞬时值②线圈某时刻受力
    • 计算通过电路的横截面的电荷量用平均值
    • 平均值并非初、末瞬时值的平均
  • 相位
    • 不同的交流发电机在向同一个电网供电时，它们的相位必须完全相同，即相位差必须保持为0
• 3.电感和电容对交变电流的影响
  • 电感器对交变电流的阻碍作用
    • 电感器对交流的阻碍作用的大小用感抗表示
    • 线圈的自感系数越大、交流的频率越高，电感对电流的阻碍作用就越大，即线圈的感抗越大
    • 扼流圈
      • 低频扼流圈
        • 对直流的阻碍作用小
        • 线圈绕在铁芯上，匝数多，自感系数大
        • 通直流，阻交流（高，低都阻）
      • 高频扼流圈
        • 只对高频交变电流有较大的阻碍作用，对低频交变电流的阻碍作用较小，对直流的阻碍作用更小
        • 线圈绕在铁氧体芯上，匝数少，自感系数小
        • 通直流，低频，阻高频
  • 交变电流能够通过电容器
    • 直流不能通过电容器，因为电容器的两极板被绝缘介质隔开了
    • 接交变电流时，实际上自由电荷也没有通过两极板间的绝缘介质。
    • 电源加在两极板上的电压的大小和正负在不断的变化，电容器交替地进行充电和放电，表现为交流“通过”了电容器，实际上并没有通过
  • 电容器对交变电流的阻碍作用
    • 电容器对交流阻碍作用的大小用容抗表示
    • 电容器的电容越大，交流的频率越高，电容器对交流的阻碍作用就越小，即电容器的容抗就越小。
    • 电气设备和电子仪器的金属外壳都应该接地
    • 电容不仅存在于成型的电容器中，也存在于电路的导线、元件及机壳间，同样电感也不仅存在于成型的线圈中
    • 通交流，阻直流
• 4.变压器
  • 结构
    • 原线圈（初级线圈）
      • 与交流电源连接，将电能转化为磁场能
    • 副线圈（次级线圈）
      • 与负载链接用电器连接，将磁场能转化为电能输出
    • 铁芯
      • 形成闭合回路，减少磁场能的损失
    • 理想电压器
      • 无漏磁：穿过原副线圈每匝的磁通量都相同
      • 无铜损：线圈的电阻不计，不产生热量，不引起电能的损失
      • 无铁损：铁芯中涡电流忽略不计，不发热，不引起电能损失
  • 工作原理
    • 原线圈通恒定直流，副线圈内无感应电流
    • 原线圈内通交变电流，原线圈内变化的电流在铁芯内产生变化的磁场，副线圈处在铁芯的磁场内，将产生感应电流（互感现象）
  • 理想电压器的规律
    • 电压与匝数的关系
      • u1/u2=n1/n2
    • 电功率关系
      • P入=P出，U1I1=U2I2+U3I3+....
    • 电流关系
      • I1/I2=n1/n2（当有多个线圈时。。。）
    • 频率和周期关系
      • f1=f2，T1=T2
    • 因果关系
      • 输出功率决定输入功率
      • 原线圈两端的电压决定副线圈两端的电压
      • 副线圈中的电流决定原线圈中的电流
  • 常用的变压器
    • 自耦变压器
    • 调压变压器
    • 互感器
      • 电流互感器
        • 连接零线（串联）（升压变压器）
        • n1<n2,I1>I2
      • 电压互感器
        • 连接零线和火线（并联）（降压变压器）
        • n1>n2,U1>U2
    • 钳式电流表
      • 多用于大电流的估测，测量准确度较差
  • 分类
    • 降压变压器
    • 升压变压器
• 5.电能的输送
  • P损=（P/U）2*pL/S
  • 降低输电损耗的两个途径
    • 1.减少输电线的电阻R
      • 由R=pl/S
      • 减小输电线的长度
        • 由于输电距离一定，所以实际中不可能减小输电线的长度来减小电阻
      • 较小的电阻率p
        • 目前一般用电阻率较小的铜或铝作导线材料
      • 增大导线的横截面积S
        • 这要消耗更多金属材料，同时给输电线的架设带来很大的困难
    • 2.减少输电线中的电流
      • 降低输送功率：在实际中不能以用户少用或不用电来达到减少功率损耗的目的
      • 提高输电电压U：在输出功率，输电电阻一定的条件下，输电电压升高到原来的n倍，由P损=（P/U）2*R知，输电线上的功率损耗将将为原来的1/n2