物理 · 高中 · 约 6 分钟

交变电流与变压器:有效值√2关系、高压输电原理

有效值与峰值的 √2 关系只对正弦交流电成立,这个前提常被忽略;变压器「变交流不变直流、变压不变频」与远距离输电的损耗计算,是电学综合题的固定三件套。

正弦交变电流的产生

物理量公式说明
峰值Em = nBSω与线圈形状无关,与转速、匝数、磁场、面积有关
瞬时值e = Em·sinωt从中性面开始计时
有效值U = Um/√2,I = Im/√2只对正弦式交流电成立
中性面磁通量最大、感应电动势为零每经过中性面一次,电流方向改变一次
频率 50 Hz 的市电每秒方向改变 100 次1 s 内 50 个周期

变压器

  • 原理:互感现象——原线圈交变电流使铁芯中磁通量变化,副线圈产生感应电动势
  • 只能变换交变电流:恒定直流不能让磁通量变化,无法变压
  • 电压比:U₁/U₂ = n₁/n₂;单个副线圈时电流比:I₁/I₂ = n₂/n₁
  • 理想变压器:输入功率 = 输出功率;不改变频率
  • 负载决定输出功率,输出功率决定输入功率(顺序不能反)

远距离输电

环节公式说明
输电电流I = P/U输送功率一定,电压越高电流越小
线路损耗P损 = I²R线 = P²R线/U²损耗与输电电压的平方成反比
升压意义先升压后降压发电端升压变压器、用户端降压变压器
最终供电降压到 220 V进入家庭电路

辨析:电压表、功率计算用峰值还是有效值

交流电表读数、电器铭牌(220 V)、功率与热量计算,全部用有效值;电容器的耐压值、绝缘击穿判断,才看峰值。判断口诀:算功率热量用有效值,看「会不会击穿」用峰值。考题给 e = 311·sin(100πt) V,峰值 311 V、有效值约 220 V、频率 50 Hz,三个数一次问全。

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