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交变电流部分的概念比较多,比如中性面、最大值、有效值、平均值等,如果对这些基本的概念、它们之间的关系以及适用条件弄不清楚,那在解题时就会乱代公式,造成错误解答。下面列举两个例子来谈谈如何正确理解有效值和平均值概念及实际应用。
例1:图1表示一交流电的电流随时间而变化的图象,此交流电的有效值是:()
A.3.5A
B.A
C.A
D.5A
【错解】
先根据图象得到交流电最大值的平均值为:
再根据交流电有效值的公式求得有效值:=3.5A,所以选A答案。
【原因分析】
1.该有效值公式是有条件的,只有正弦(或余弦)交流电的最大值和有效值才有这样的数量关系。本题所给的交流电的图象不是正弦交流电的图形,故该公式在此不适用。
2.交流电的最大值不是两个不同峰值的算术平均值。
【正确解答】
设交流电的有效值为I,令该交流电通过一个纯电阻用电器R,则在一个周期内有:
所以该交流电的有效值为
=5A. 应选D。
例2:如图2所示,矩形线圈abcd在磁感强度B=2T的匀强磁场中绕轴OO′,以角速度ω=10πrad/s匀速转动,线圈共10匝,ab=0.3m,bc=0.6m,线圈的内阻r=5Ω,负载电阻R=45Ω。求(1)电阻R在0.05s内所发出的热量;(2)0.05s内流过的电量(设线圈从垂直中性面开始转动)
错解一:
第一步,求电流的
有效值,用有效值来计
算热量。
电动势的最大值为:
电流的有效值
=1.6(A)
所以0.05s内R上发出的热量Q=I2Rt=5.76(J)。
第二步,根据有效值求通过R上的电量,由题意0.05s内通过R的电流方向不变,所以q=It=1.6×0.05=0.08(C)
错解二:
第一步求平均电流,用平均电流计算热量。
,平均电流
=1.44A,所以在R上产生的热量为:
第二步,由平均电流求电量:
0.072(C)
【原因分析】
交流电的有效值是从电流产生焦耳热相等的角度出发,使交流电与恒定电流等效;交流电的平均值是从电流通过导线横截面的电量相等的角度出发,使交流电与恒定电流等效,两个概念的出发点不同。由于没有正确理解,从而出现错误解答。
【正确解答】
⑴电动势的最大值为
所以0.05s内R上发出的热量Q=I2Rt
=5.76(J).
⑵,平均电流
=1.44(A),通过的电量 (C)。
小结:要知道交流电的瞬时值、最大值、有效值、平均值的区别,并注意每一种等效方法的成立条件和适用范围。有效值是根据交、直流电热应的等效性来定义的,平均值则是所求电学量对时间的平均,所以在实际中要根据情况采用不同的值进行计算。在计算交流通过导体产生的热量、消耗的电功率及确定保险丝的熔断电流时,应采用交流的有效值;计算一定时间通知导体的电量时要用平均值;在考虑电容器的耐压值时应采用最大值。另外还要注意在交流电路中各电表显示的读数都是有效值。
(作者联通:615400四川省宁南县电力公司)
例1:图1表示一交流电的电流随时间而变化的图象,此交流电的有效值是:()
A.3.5A
B.A
C.A
D.5A
【错解】
先根据图象得到交流电最大值的平均值为:
再根据交流电有效值的公式求得有效值:=3.5A,所以选A答案。
【原因分析】
1.该有效值公式是有条件的,只有正弦(或余弦)交流电的最大值和有效值才有这样的数量关系。本题所给的交流电的图象不是正弦交流电的图形,故该公式在此不适用。
2.交流电的最大值不是两个不同峰值的算术平均值。
【正确解答】
设交流电的有效值为I,令该交流电通过一个纯电阻用电器R,则在一个周期内有:
所以该交流电的有效值为
=5A. 应选D。
例2:如图2所示,矩形线圈abcd在磁感强度B=2T的匀强磁场中绕轴OO′,以角速度ω=10πrad/s匀速转动,线圈共10匝,ab=0.3m,bc=0.6m,线圈的内阻r=5Ω,负载电阻R=45Ω。求(1)电阻R在0.05s内所发出的热量;(2)0.05s内流过的电量(设线圈从垂直中性面开始转动)
错解一:
第一步,求电流的
有效值,用有效值来计
算热量。
电动势的最大值为:
电流的有效值
=1.6(A)
所以0.05s内R上发出的热量Q=I2Rt=5.76(J)。
第二步,根据有效值求通过R上的电量,由题意0.05s内通过R的电流方向不变,所以q=It=1.6×0.05=0.08(C)
错解二:
第一步求平均电流,用平均电流计算热量。
,平均电流
=1.44A,所以在R上产生的热量为:
第二步,由平均电流求电量:
0.072(C)
【原因分析】
交流电的有效值是从电流产生焦耳热相等的角度出发,使交流电与恒定电流等效;交流电的平均值是从电流通过导线横截面的电量相等的角度出发,使交流电与恒定电流等效,两个概念的出发点不同。由于没有正确理解,从而出现错误解答。
【正确解答】
⑴电动势的最大值为
所以0.05s内R上发出的热量Q=I2Rt
=5.76(J).
⑵,平均电流
=1.44(A),通过的电量 (C)。
小结:要知道交流电的瞬时值、最大值、有效值、平均值的区别,并注意每一种等效方法的成立条件和适用范围。有效值是根据交、直流电热应的等效性来定义的,平均值则是所求电学量对时间的平均,所以在实际中要根据情况采用不同的值进行计算。在计算交流通过导体产生的热量、消耗的电功率及确定保险丝的熔断电流时,应采用交流的有效值;计算一定时间通知导体的电量时要用平均值;在考虑电容器的耐压值时应采用最大值。另外还要注意在交流电路中各电表显示的读数都是有效值。
(作者联通:615400四川省宁南县电力公司)