【A-Level 物理】你想要的交流電知識(shí)都在這里！
A-level物理考試12道大題中，會(huì)有一道Alternating Current的題，這篇文章會(huì)在簡(jiǎn)單介紹完A2部份的交流電后總結(jié)出幾種題型，幫助大家更好掌握交流電的知識(shí)～
交流電的來(lái)源以及特斯拉和愛(ài)迪生之間的恩怨情仇就不多說(shuō)了，切入正題，首先，交流電是怎么表示的呢？
| 在這里我們把交流電形容成Sinusoidal Current，因?yàn)榻涣麟姷淖兓?guī)律可以用正弦曲線來(lái)表示，
這是因?yàn)楫a(chǎn)生交流電的轉(zhuǎn)子在定子（磁鐵）之間所做的正是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)（Simpleharmonic Motion）。
這張圖表示了一個(gè)常見(jiàn)的交流電，表示方法就是 |
，如果縱軸是V，也可以是
,這里，
和
表示的是峰值，
則是轉(zhuǎn)子做間歇運(yùn)動(dòng)的角速度，t是時(shí)間既然交流電中的電壓和電流都是持續(xù)變化的，那么電功率（Power）是不是也是變化的呢？ 答案是肯定的。
舉個(gè)例子：當(dāng)你仔細(xì)觀察電燈泡時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它是在閃爍的，當(dāng)然因?yàn)轭l率太高一般不易發(fā)現(xiàn)。
既然功率是一直變化的，那么怎么計(jì)算平均功率呢，在這里我們引入了一個(gè)均方根（Root-mean-square value,簡(jiǎn)稱r.m.s）。
Root-mean-square value of an alternating current就是The value of a direct current that delivers the same average power as the alternating current to a resistive load。
所以，如果我們知道了均方根，是不是就可以算出平均功率啦？那么均方跟怎么求呢，首先，顧名思義，Root-mean-square就是Root of mean of square，所以先把I平方了，平方后的圖像就變成了這樣：
 |
再取均值，就等于
，再根號(hào)，就等于
，所以呢
，.電壓的均方根，也是同樣的方法計(jì)算。
平均功率的計(jì)算方法，就是
，注意這里的V和I都是根均值哦，否則如果取最大值的話，算出來(lái)的功率也會(huì)是最大值。
以上就是交流電的第一種題型，也就是計(jì)算題。
要求考生通過(guò)給出的電流／電壓圖像，計(jì)算出各自的均方根，平均功率，活著根據(jù)均方根來(lái)計(jì)算出最大電壓／電流。
涉及到的第二種題型，就是變壓器（transformer）:
| 首先，是變壓器的原理：如下圖，橙色的是電線圈，左邊的線圈中通入交流電，使得金屬被磁化，產(chǎn)生南北極，當(dāng)電流方向變化時(shí)，南北極也發(fā)生變化，
這使得右邊線圈的磁通量（Magnetic flux）發(fā)生變化，根據(jù)電磁感應(yīng)原法拉第定律，磁通量的變化產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其大小與磁通量變化率成正比（ 所以，由于磁場(chǎng)的方向是持續(xù)變化的，右邊線圈中的磁通量也持續(xù)變化，由于右邊的磁通匝數(shù)比左邊大， 所以產(chǎn)生的感應(yīng)電壓大于左邊輸入的電壓，這樣，就可以把低壓轉(zhuǎn)換成高壓了。 通過(guò)線圈纏繞的數(shù)量，根據(jù)給出的輸入電壓來(lái)算出輸出電壓。 這里需要知道的是在理想狀況下，即沒(méi)有能量損耗，電壓之比等于線圈之比。 1. 為什么這個(gè)Iron core is laminated？－To reduce eddy current so as to reduce energy loss. 2. 為什么要用變壓器？－Forthe same power➡️higher voltage➡️lower current➡️less energy loss（thermal） 這里只給大家答題的思路，具體的還是要自己組織～ |
，
為磁通量，N為磁通匝數(shù)）。
關(guān)于變壓器的第一種題型，就是計(jì)算題。
變壓器的第二種題型就會(huì)問(wèn)到關(guān)于變壓器本身結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，這幾年常考的主要有兩個(gè)問(wèn)題：考到變壓器，一般都會(huì)讓大家state Faraday’s law of electromagnetic induction，所以這個(gè)一定要牢記！
第三個(gè)考點(diǎn)就是整流（rectification）
| 先來(lái)介紹一下，整流就是把輸出的交流電變成直流電的過(guò)程，就是把sin圖像橫軸以下的部分給去掉。
整流分為兩種： 第二種是全波整流（full-waverectification），這里利用了四個(gè)二極管，使得輸入的電流無(wú)論是哪個(gè)方向，都會(huì)以一個(gè)方向通過(guò)電阻R。 整流怎么考呢，一般會(huì)給你上圖中左邊的圖像，讓你畫(huà)出右邊的圖像。 或者根據(jù)右邊的圖像，補(bǔ)充不完整的左邊的圖像。 要點(diǎn)就是判斷對(duì)電流通過(guò)電阻R的方向。 還會(huì)考到全波整流與半波整流相較有什么優(yōu)點(diǎn)。 大家想啊，半波整流把一半的電流都給整沒(méi)了，那功率豈不是小了一半，那么能量也就少了，所以全波整流的優(yōu)點(diǎn)就是 1.More output power available 2.Less ripple for the same smoothing capacitor. 第二條是什么鬼啊！這就是最后一個(gè)知識(shí)點(diǎn)——smoothing. 將一個(gè)電容與電阻R并聯(lián)，這是的電壓在變小的時(shí)候，電容釋放電荷為電阻提供電壓，所以電壓的變化幅度（右圖上顯示）就會(huì)變小。 注意，全波整流也可以通過(guò)此方法來(lái)減小幅度。 此部分考點(diǎn)一是讓你畫(huà)出smoothing以后的圖像，二是問(wèn)你如何improve smoothing， 答案就是使用capacitor with larger capacity or resistance with larger R so that the capacitor discharges more slowly. |
第一種就是半波整流，顧名思義，圖像上只剩下了半個(gè)波，負(fù)方向的電流因?yàn)槎O管的存在被消除了。
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.以上基本就是A2物理交流電的全部考點(diǎn)了，祝大家學(xué)習(xí)愉快～
以上就是關(guān)于【【A-Level 物理】你想要的交流電知識(shí)都在這里！】的解答，如需了解學(xué)校/賽事/課程動(dòng)態(tài)，可至翰林教育官網(wǎng)獲取更多信息。
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