DOC《关于交变电流的几个问题的说明》

关于交变电流的几个问题的说明 湖北省恩施高中 陈恩谱

一、交流和直流的概念区别问题

1、定义上的区别:交流和直流从定义上讲,其区别仅仅是方向,而不包括大小,即方向不变的电流是直流,方向变化的电流是交流.

课本定义交流为大小、方向都周期性变化的电流为交流,是说的一般的交流,矩形波电流大小就不变,但仍然是交变电流.

2、什么才是重要的 对二极管,上述交流的定义是方便的,但是对电感、电容等元件,上述定义却不方便了.如右图实线所示的直流,可以分解成虚线所示的恒定电流和交变电流两种成分,通常我们把恒定电流部分称之为直流成分.对电容器来说,能够通过的成分是其交流成分;

对自感系数很大的电感器来说,能够通过的只有其直流部分(恒定部分). 既然大小变化的直流可以分解成恒定部分(直流)和交变部分(交流),那么,把直流定义为大小、方向均不变的电流就是可以的,也正是基于此,一般意义上所说的直流实际上是指恒定电流,其符号直接就是 ― .

二、正弦式交变电流的基础地位 任何一个非正弦式的交变电流,都可以分解成一系列不同频率的正弦式交变电流.如右图所示,频率为f、3f的两个交变电流的叠加,其波形很接近矩形波电流,若我们再在其基础上叠加一系列峰值合适、频率为5f、7f、9f……的正弦式交变电流,就可以很好的趋近于一个矩形波.这在数学上叫做傅里叶分解. 顺便值得指出的是,不同频率的交流成分在电路中是各自独立传输的,彼此之间互不干扰,也正是基于这一点,电容、电感才能在交流电路中起到 滤波 的作用――电容 阻直流、通交流 阻低频、通高频 、电感 通直流、阻交流 通低频、阻高频 . 由前述分析可知,正弦式交变电流是一切复杂交变电流的基础,所以高中课本和考试大纲着重学习正弦式交变电流.

三、有效值和平均值的对比分析 交变电流的有效值和平均值,都是将交变电流等效为一个恒定电流时的等效值,但两者之间存在着本质性区别,其对交变电流的重要性也完全不同.

1、等效的角度不同 有效值I是为了计算交变电流的功率、能量问题而建立的等效概念,其基础就是电流的热效应,其定义式为:,即,其中. 平均值是为了计算感应电量而建立的等效概念,其基础是电流的定义式,其定义式为:,即. 从上述定义式可以看出,有效值是交变电流对时间的 平方平均值 ,平均值是交变电流对时间的 算术平均值 ,两者一般不相等,因此不可以用有效值算电量,也不可以用平均值算电能、电功率.

2、重要性不同 一般来说,交变电流的实际计算,都是针对一段较长的时间,这个时间可以看做是交变电流的周期的整数倍.从这个角度来看,平均值对于交变电流来说没多大意义,正弦式交变电流一个周期的平均值是0,更重要的是,我们根本就不会关注所谓交流电路中电量问题.其实,高中物理资料和教师重视这个概念,是因为高考――高考试图在交流发电机模型上同时考察电磁感应和交变电流,其中,而感应电量问题是电磁感应中的一个基本问题;

顺便值得指出的是,既然一个周期的平均值为0,意义不大,所以在交流发电机模型上计算感应电量时,往往只要求线圈转动一个小于180°甚至小于90°的角度. 而有效值的重要性则是显而易见的了.