交变电流的产生和变化规律

穿过闭合电路的磁通量发生变化时，产生感应电流，而磁通量变化的方式不同，产生的感应电流也不同，感应电流可以是恒定的，可以是变化的，可以是周期性变化的，我们将研究一种十分重要的周期性变化的电流——正弦交变电流．
一、交变电流的产生

1、交变电流：大小和方向都随时间作周期变化的电流，叫做交变电流，简称交流．

2、闭合的线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，产生交流电，但这不是产生交流电的惟一方式．
二、交变电流的变化规律

设正方形线圈的边长为L，在匀强磁场B中绕垂直于磁场的对称轴以角速度匀速转动，矩形线圈在匀强磁场中匀速转动的四个过程如图所示：

（一）分析：线圈bc、da始终在平行磁感线方向转动，因而不产生感应电动势，只起导线作用．

1、线圈平面垂直于磁感线（甲图），ab、cd边此时速度方向与磁感线平行，线圈中没有感应电动势，没有感应电流．

这时线圈平面所处的位置叫中性面．

中性面的特点：线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，感应电动势最小为零，感应电流为零．

2、当线圈平面逆时针转过时（乙图），即线圈平面与磁感线平行时，ab、cd边的线速度方向都跟磁感线垂直，即两边都垂直切割磁感线，这时感应电动势最大，线圈中的感应电流也最大．

3、再转过时（丙图），线圈又处于中性面位置，线圈中没有感应电动势．

4、当线圈再转过时，处于图（丁）位置，ab、cd边的瞬时速度方向，跟线圈经过图（乙）位置时的速度方向相反，产生的感应电动势方向也跟在（图乙）位置相反．

5、再转过线圈处于起始位置（戊图），与（甲）图位置相同，线圈中没有感应电动势．

（二）在场强为的匀强磁场中，矩形线圈边长为，逆时针绕中轴匀速转动，角速度为，从中性面开始计时，经过时间．线圈中的感应电动势的大小如何变化呢？

线圈转动的线速度为，转过的角度为，此时ab边线速度以磁感线的夹角也等于，这时ab边中的感应电动势为：

同理，cd边切割磁感线的感应电动势为：

就整个线圈来看，因ab、cd边产生的感应电势方向相同，是串联，所以当线圈平面跟磁感线平行时，即，这时感应电动势最大值；

．

感应电动势的瞬时表达式为：

可见在匀强磁场中，匀速转动的线圈中产生的感应电动势是按正弦规律变化的．即感应电动势的大小和方向是以一定的时间间隔做周期性变化．

当线圈跟外电路组成闭合回路时，设整个回路的电阻为，则电路的感应电流的瞬时值为表达式　　．

感应电流瞬时值表达式为，这种按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流．

（三）交流电的图像

交流电的变化规律还可以用图像来表示，在直角坐标系中，横轴表示线圈平面跟中性面的夹角（或者表示线圈转动经过的时间），纵坐标表示感应电动势（感应电流）．

三、应用

交流发电机

1、发电机的基本组成

①用来产生感应电动势的线圈（叫电枢）．

②用来产生磁场的磁极．

2、发电机的基本种类

①旋转电枢式发电机（电枢动磁极不动）．

②旋转磁极式发电机（磁极动电枢不动）．

无论哪种发电机，转动的部分叫转子，不动的部分叫定子．