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ALevel物理辅导中交流电知识

2019-05-10作者:admin

ALevel物理辅导中交流电知识


A-Level物理考试12道大题中,会有一道Alternating Current的题,这篇文章会在简略介绍完A2部份的交流电后总结出几种题型,协助大家更好把握交流电的知识~
 
交流电的来历以及特斯拉和爱迪生之间的恩怨情仇就不多说了,切入正题,首要,交流电是怎样表明的呢?
 
在这儿咱们把交流电描述成Sinusoidal Current,因为交流电的改变规律能够用正弦曲线来表明,这是因为发生交流电的转子在定子(磁铁)之间所做的正是简谐运动(Simpleharmonic Motion)。
 
这张图表明了一个常见的交流电,表明办法便是,假如纵轴是V,也可所以,这儿,和表明的是峰值,则是转子做间歇运动的角速度,t是时间。
 
既然交流电中的电压和电流都是继续改变的,那么电功率(Power)是不是也是改变的呢?
 
答案是肯定的。
 
举个比如:当你仔细观察电灯泡时,你会发现它是在闪耀的,当然因为频率太高一般不容易发现。既然功率是一直改变的,那么怎样计算平均功率呢,在这儿咱们引入了一个均方根(Root-mean-square value,简称r.m.s)。
 
Root-mean-square value of an alternating current便是The value of a direct current that delivers the same average power as the alternating current to a resistive load。所以,假如咱们知道了均方根,是不是就能够算出平均功率啦?那么均方跟怎样求呢,首要,望文生义,Root-mean-square便是Root of mean of square,所以先把I平方了,平方后的图画就变成了这样:
 
再取均值,就等于,再根号,就等于,所以呢,.电压的均方根,也是相同的办法计算。平均功率的计算办法,便是,留意这儿的V和I都是根均值哦,否则假如取最大值的话,算出来的功率也会是最大值。
 
以上便是交流电的第一种题型,也便是计算题。要求考生经过给出的电流/电压图画,计算出各自的均方根,平均功率,活着依据均方根来计算出最大电压/电流。
 
涉及到的第二种题型,便是变压器(transformer):

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首要,是变压器的原理:如下图,橙色的是电线圈,左面的线圈中通入交流电,使得金属被磁化,发生南北极,当电流方向改变时,南北极也发生改变,这使得右边线圈的磁通量(Magnetic flux)发生改变,依据电磁感应原法拉第规律,磁通量的改变发生感应电动势,其巨细与磁通量改变率成正比(,为磁通量,N为磁通匝数)。所以,因为磁场的方向是继续改变的,右边线圈中的磁通量也继续改变,因为右边的磁通匝数比左面大,所以发生的感应电压大于左面输入的电压,这样,就能够把低压转换成高压了。
 
关于变压器的第一种题型,便是计算题。经过线圈缠绕的数量,依据给出的输入电压来算出输出电压。这儿需求知道的是在理想情况下,即没有能量损耗,电压之比等于线圈之比。
 
变压器的第二种题型就会问到关于变压器本身结构的问题,这几年常考的主要有两个问题:
 
1. 为什么这个Iron core is laminated?-To reduce eddy current so as to reduce energy loss.
 
2. 为什么要用变压器?-Forthe same power➡️higher voltage➡️lower current➡️less energy loss(thermal)
 
这儿只给大家答题的思路,具体的还是要自己组织~
 
考到变压器,一般都会让大家state Faraday’s law of electromagnetic induction,所以这个一定要牢记!
 

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第三个考点便是整流(rectification)
 
先来介绍一下,整流便是把输出的交流电变成直流电的进程,便是把sin图画横轴以下的部分给去掉。整流分为两种:
 
第一种便是半波整流,望文生义,图画上只剩下了半个波,负方向的电流因为二极管的存在被消除了。
 
第二种是全波整流(full-waverectification),这儿利用了四个二极管,使得输入的电流无论是哪个方向,都会以一个方向经过电阻R。
 
整流怎样考呢,一般会给你上图中左面的图画,让你画出右边的图画。或许依据右边的图画,弥补不完整的左面的图画。要点便是判别对电流经过电阻R的方向。
 
还会考到全波整流与半波整流相较有什么长处。大家想啊,半波整流把一半的电流都给整没了,那功率岂不是小了一半,那么能量也就少了,所以全波整流的长处便是1.More output power available 2.Less ripple for the same smoothing capacitor.

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第二条是什么鬼啊!这便是最后一个知识点——smoothing.
 
The idea is that the capacitor charges up and maintains the volt age at a highlevel. It discharges gradually when the rectified volt age drops, but the volt age soon rises again and the capacitor charges up again.
 
将一个电容与电阻R并联,这是的电压在变小的时候,电容开释电荷为电阻供给电压,所以电压的改变起伏(右图上显现)就会变小。留意,全波整流也能够经过此办法来减小起伏。此部分考点一是让你画出smoothing今后的图画,二是问你怎么improve smoothing,答案便是运用capacitor with larger capacity or resistance with larger R so that the capacitor discharges more slowly.

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