一、準確理解產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件
要產(chǎn)生感應(yīng)電流必須滿足兩個條件:①電路必須是閉合的;②一部分導體做切割磁感線運動。
第一條容易理解,關(guān)于第二條要注意兩點。
、抛銮懈畲鸥芯運動的必須是一部分導體而不是全部。如圖1中,閉合電路abcd全部在垂直于紙面向里的磁場中,以速度v向右運動。雖然導體ab、cd都在做切割磁感線運動,但ab和cd在磁場中所處的情況相同,且運動方向一致,兩邊產(chǎn)生的感應(yīng)電流互相抵消,閉合電路abcd中仍不會有感應(yīng)電流(特殊情況:若閉合框在磁場中沿某個方向轉(zhuǎn)動時,可以產(chǎn)生感應(yīng)電流。這一點,大家到高中就會學到)。
、坪芏嗤瑢W認為只要導體運動方向與磁場方向垂直,導體就做切割磁感線運動。這是錯誤的。如圖2中,要使電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流,除開關(guān)閉合,懸吊的導體還應(yīng)左右運動。若它上下運動,與磁場方向平行,可以理解為始終在磁感線的縫隙中運動,不切割磁感線;若沿圖中從a到b或從b到a的方向運動,是否會產(chǎn)生感應(yīng)電流呢?仍然不會。盡管導體運動方向與磁場方向垂直,但導體還是始終在磁感線的縫隙中運動,也不做切割磁感線運動。
如圖3所示,將條形磁鐵向下插入線圈中,靈敏電流計指針也會發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這是為什么呢?可以這樣考慮:根據(jù)運動的相對性,條形磁鐵向下插入線圈,相當于條形磁鐵不動,線圈向上運動。線圈向上運動時是否切割磁感線呢?聯(lián)想到條形磁鐵周圍磁感線的形狀,線圈做切割磁感線的運動,所以能產(chǎn)生感應(yīng)電流。
二、交流發(fā)電機發(fā)出的電為什么是交流電
要回答這個問題,首先要明確交流發(fā)電機是利用電磁感應(yīng)原理工作的。電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向與磁場方向和導體做切割磁感線的運動方向都有關(guān)系。當磁場方向和導體做切割磁感線的運動方向中有一個因素改變時,感應(yīng)電流的方向就發(fā)生改變。
如圖4為交流發(fā)電機發(fā)電的原理圖,圖中的一組平行向右的直線表示磁場方向,abcd表示線圈的四個邊框,線圈可以繞圖中的虛線軸轉(zhuǎn)動,與線圈下端連接在一起的兩個圓環(huán)是銅滑環(huán),它們分別通過各自的電刷與外電路連接。當線圈在圖甲位置按箭頭方向轉(zhuǎn)動時,ab邊向外運動,cd邊向里運動,被切割的磁感線方向相同,故產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向相反(盡管ad、bc兩邊也在轉(zhuǎn)動,但它們始終不切割磁感線,因此在討論過程中,ad和bc兩邊可以不分析。),假設(shè)ab邊中的感應(yīng)電流方向由a向b, 則cd邊中的感應(yīng)電流方向由c向d。由電壓表、電阻組成的外電路中就有電流通過。此時線圈abcd相當于一個電源,a端相當于電源正極,d端相當于電源負極。
當線圈轉(zhuǎn)動1/4轉(zhuǎn),線圈平面和磁感線方向垂直。此時,ab邊、cd邊 的運動方向都與磁感線方向平行,整個電路中無電流。
當線圈轉(zhuǎn)動1/2轉(zhuǎn),如圖乙,情況正好與甲相反,F(xiàn)在我們具體分析,磁場方向一直是水平向右,保持不變。與甲相比,ab邊的運動方向正好相反(甲中ab邊向外運動,乙中ab邊向里運動),當磁場方向和導體做切割磁感線的運動方向中有一個因素改變時,感應(yīng)電流的方向就發(fā)生改變。所以,在乙圖中,ab邊中的感應(yīng)電流方向不再是由a向b,而是由b向a。同理cd邊中的感應(yīng)電流方向是由d向c。此時線圈abcd仍相當于一個電源,與甲圖不同的是a端相當于電源負極,d端相當于電源正極,外電路中的電流方向正好與甲圖中相反。
當線圈轉(zhuǎn)動3/4轉(zhuǎn),線圈平面和磁感線方向垂直。此時,ab邊、cd邊 的運動方向都與磁感線方向平行,整個電路中無電流。
當線圈轉(zhuǎn)動一周,回到甲圖的狀態(tài),如此周而復始。可以看出線圈每轉(zhuǎn)動一周,外電路中的電流方向改變2次。即外電路中的電流方向不是一直保持一個方向(這樣的是直流電),而是一會向一個方向,一會又反過來,交互流動,所以叫交流電。
周期性地改變方向的電流叫交流電。在交流電路中,電流發(fā)生一個周期性變化的時間叫做交流電的周期,1S內(nèi)電流發(fā)生周期性變化的次數(shù)叫交流電的頻率,在一個周期內(nèi),電流方向改變2次。我國供生產(chǎn)和生活用的交流電,周期為0.02S,頻率為50Hz,電流方向每秒鐘改變100次。
三、直流電動機與交流發(fā)電機的區(qū)別
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