- 交变电流的产生
- 共278题
如图演示用的手摇发电机模型,匀强磁场磁感应强度B=0,5T,线圈匝数N=50匝,每匝线圈面积为0,48m,转速为150r/min。在匀速转动过程中,从图示位置线圈转过90°开始计时。
⑴写出交流感应电动势瞬时值的表达式。
⑵画出e-t图线。
正确答案
由题意知:
N=50,B=0.5T,
ω==5π(rad/s),
S=0,48㎡,e=Emsinωt,
Em=NBSω=50×0,48×5π=188(V);
所以⑴e=188sin5πt(V);⑵T=2π/ω=0.4s, e-t图线如图所示。
从线圈平面经过中性面开始计时,则线圈在时间t内转过角度ωt,于是瞬时感应电动势e=Emsinωt,其中Em=2NBLυ=NBSω。根据交流电的方程图画线时,最大值是正弦图线的峰值,由纵轴上的刻度值标出。交流电的角频率与正弦图线的周期相对应,ω=2π/T。而周期由时间轴上的刻度值标出。
解:由题意知:
N=50,B=0.5T,
ω==5π(rad/s),
S=0,48㎡,e=Emsinωt,
Em=NBSω=50×0,48×5π=188(V);
所以⑴e=188sin5πt(V);⑵T=2π/ω=0.4s, e-t图线如图所示。
如图所示,单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应强度为B的有界匀强磁场中,其中线框的cd边和场边界重合,线框面积为S,电阻为R。线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度匀速转动,线框中感应电流的有效值I= 。线框从中性面开始转过π/2的过程中,通过导线横截面的电荷量q= 。
正确答案
BSw/R BS/R
线框中感应电动势的最大值为,有效值为
,所以线框中感应电流的有效值I=
,线框从中性面开始转过π/2的过程中,通过导线横截面的电荷量q=
故答案为:,
如图甲所示,一固定的矩形导体线圈水平放置,线圈的两端接一只小灯泡,在线圈所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场.已知线圈的匝数n=100匝,电阻r="1.0" Ω,所围成矩形的面积S="0.040" m2,小灯泡的电阻R="9.0" Ω,磁场的磁感应强度随时间按如图乙所示的规律变化,线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为e=nBmStV,其中Bm为磁感应强度的最大值,T为磁场变化的周期.忽略灯丝电阻随温度的变化,求:
(1)线圈中产生感应电动势的最大值;
(2)小灯泡消耗的电功率;
(3)在磁感应强度变化的0~的时间内,通过小灯泡的电荷量.
正确答案
(1)8.0 V (2)2.88 W (3)4.0×10-3 C
(1)因为线圈中产生的感应电流变化的周期与磁场变化的周期相同,所以由图象可知,线圈中产生交变电流的周期为T=3.14×10-2 s
所以线圈中感应电动势的最大值为
Em=8.0 V.
(2)根据欧姆定律,电路中电流的最大值为Im=="0.80" A
通过小灯泡电流的有效值为I=Im/A
小灯泡消耗的电功率为P=I2R="2.88" W.
(3)在磁感应强度变化的0~内,线圈中感应电动势的平均值
=nS
通过灯泡的平均电流
=
通过灯泡的电荷量Q=Δt=
=4.0×10-3 C.
曾经流行过一种向自行车车头灯供电的小型交流发电机,图17-1-20为其结构示意图.图中N、S是一对固定的磁极,abcd为固定在转轴上的矩形线框,转轴过bc边中点,与ab边平行,它的一端有一半径R0=1.0 cm的摩擦小轮,小轮与自行车车轮的边缘相接触.当车轮转动时,因摩擦而带动小轮转动,从而使线框在磁极间转动.设线框由N=800匝导线圈组成,每匝线圈的面积S=20 cm2,磁极间的磁场可视作匀强磁场,磁感应强度B=0.010 T,自行车车轮的半径R1=35 cm,小齿轮的半径R2=4.0 cm,大齿轮的半径R3=10.0cm(见图17-1-21).现从静止开始使大齿轮加速转动,问大齿轮的角速度为多大才能使发电机输出电压的有效值U=3.2 V?(假定摩擦小轮与自行车轮之间无相对滑动)
图17-1-20 图17-1-21
正确答案
当自行车车轮转动时,通过摩擦小轮使发电机的线框在匀强磁场内转动,线框中产生一正弦交流电动势,其最大值εm=ω0BSN
式中ω0为线框转动的角速度,即摩擦小轮转动的角速度.
发电机两端电压的有效值
设自行车车轮转动的角速度为ω1,由于自行车车轮与摩擦小轮之间无相对滑动,有R1ω1=r0ω0
小齿轮转动的角速度与自行车轮转动的角速度相同,也为ω1.设大齿轮转动的角速度为ω,有R3ω=R2ω1
由以上各式解得
代入数据得ω=3.2 rad/s.
如图10-1-12中的左右两个电路都是从左端输入信号,从右端输出信号.左图中输入的是高频、低频混合的交流信号,要求只输出低频信号;右图中输入的是直流和低频交流的混合信号,要求只输出低频交流信号.那么C1、C2中哪个该用大电容?哪个该用小电容?
图10-1-12
正确答案
C1必须用小电容,C2一般用大电容.
电容器的作用是“通交流,隔直流”“通高频,阻低频”,由容抗的表达式:XC=1/(2πfC)可看出,左图中的C1必须用电容小些的,才能使高频交流顺利通过,而低频不易通过,这种电容器叫高频旁路电容器;右图中的C2一般用电容大的,使低频交流电很容易通过,只有直流成分从电阻上通过,这种电容器叫隔直电容器.
扫码查看完整答案与解析