Question

正弦交流电是怎样产生的

Answer 1

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。↓↓↓↓B图　2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：导体棒匀速切割有界磁场时产生正弦交流电 x /mO0.3y /m图　　　3例：如图3所示，一个被x轴与曲线y=0.2sin10πx　/3（ｍ）所围的空间中存在着匀强磁场。 磁场方向垂直纸面向里，磁感强度B＝0.2T。正方形金属线框的边长是L＝0.40ｍ，电阻R＝0.1Ω，它的一边与ｘ轴重合，在拉力F的作用下，线框以ｖ＝10ｍ/s的速度水平向右匀速运动。试求：（1）拉力F的最大功率是多少？（2）拉力F要做多少功才能把线框拉过磁场区？图　　　4分析：导体切割有边界的磁场时，其有效长度L往往会发生变化，所产生的电流也会随之发生变化。特别在这一题中，边界为正弦曲线，所产生的电流即为正弦交流电。在解决本题第（2）问，必须知道在线框被拉过磁场区域时，线框中产生的电流为正弦交流电的半波，因此其有效值为Bymv/ .方式4：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4所示，这里不在赘述。 ↓BdPA图　　　　5方式5：滑动变阻器上的滑片做简谐运动时产生正弦交流电 例：在图5所示的电路中，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＝3V，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。由串联电路的特点可知，UAB＝ ，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 V。方式六：导体棒做简谐运动而切割磁感线时产生正弦交流电 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？(2)若导体棒的速度为v =Vmsinωt, 那么电阻R在2π/ω时间内产生的焦耳热是多少？↓BRMPQNEF图 6　　解析：欲使电阻上得到正弦交流电，导体棒就应做简谐运动。正弦交流电的电压有效值为BLVｍ / ,　电阻R在2π/ω时间内所产生的焦耳热为 . CL方式七：LC振荡电路产生高频正弦交流电 在LC振荡电路中，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，电路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。

追答

正弦交流电是随时间按照正弦函数规律变化的电压和电流。由于交流电的大小和方向都是随时间不断变化的，也就是说，每一瞬间电压（电动势）和电流的数值都不相同，所以在分析和计算交流电路时，必须标明它的正方向。大小和方向随时间作有规律变化的电压和电流称为交流电，又称交变电流。正弦交流电在工业中得到广泛的应用，它在生产、输送和应用上比起直流电来有不少优点，而且正弦交流电变化平滑且不易产生高次谐波，这有利于保护电器设备的绝缘性能和减少电器设备运行中的能量损耗。

Answer 2

正弦交流电：有规律变化的电压和电流称为交流电