【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學叢書編委會”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎自學教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當于如今的初高中水平，其最大特點就是可用于“自學”。當然由于本書是大半個世紀前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎學生直接拿來自學。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎教育但卻很不扎實的學酥重新自修以查漏補缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的注解。

【山話嵓語】『數(shù)理化自學叢書』其實還有新版，即80年代的改開版，改開版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學基礎自學內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學的一條龍數(shù)理化自學教材大系列。不過我依然選擇6677版，首先是因為6677版保留了很多古早知識，讓我終于搞明白了和老工程師交流時遇到的奇特專業(yè)術(shù)語和計算模式的來由。另外就是6677版的版權(quán)風險極小，即使出版社再版也只會再版80年代改開版。我認為6677版不失為一套不錯的自學教材，不該被埋沒在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時間，將『數(shù)理化自學叢書6677版』上傳成文字版。

第五章交流電

【山話||? 本系列專欄中的力單位達因等于10??牛頓；功的單位爾格等于10??焦耳；熱量的單位卡路里等于4.186焦耳；電荷的單位靜庫（1庫倫=3×10?靜庫）；電勢的單位靜伏等于300伏特。另外這套老教材中力的單位常用公斤、克等，但如今是不允許的，力是不能使用質(zhì)量單位的?！?

本章提要

1、交流電的產(chǎn)生和基本性質(zhì)

交流電的產(chǎn)生????使閉合線圈在勻強磁場中勻速地轉(zhuǎn)動，線圈里就產(chǎn)生大小和方向都作周期性變化的感生電動勢和感生電流。

交流電的變化規(guī)律及其描述方法????當線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動時（轉(zhuǎn)軸與磁力線垂直），感生電動勢或感生電流是時間的正弦函數(shù)。

感生電動勢的最大值????

感生電動勢的即時值? ???

感生電流的最大值????

感生電流的即時值????

交流電的周期和頻率????；（f 頻率；T 周期）

交流電的有效值????是根據(jù)電流的熱效應來規(guī)定的。? 。

2、發(fā)電機

????????發(fā)電機是把機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。可以分為交流發(fā)電機和直流發(fā)電機兩類。交流發(fā)電機又有單相交流發(fā)電機和三相交流發(fā)電機之分。

????????交流發(fā)電機和直流發(fā)電機的比較：

3、三相交流電

????????為了節(jié)省導線，三相交流電路普遍采用星形連接法和三角形連接法。

星形連接法????火線與地線之間的電壓叫做相電壓?；鹁€與火線之間的電壓叫做線電壓。? 。

三角形連接法????線電壓等于相電壓。

4、交流電動機

????????是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的裝置。

同步交流電動機????與交流電頻率相適應的轉(zhuǎn)速叫做同步轉(zhuǎn)速，以同步轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)的電動機叫做同步交流電動機。

三相感應電動機????依靠三相交流電獲得旋轉(zhuǎn)磁場，在定子磁場作旋轉(zhuǎn)運動時，轉(zhuǎn)子銅桿與磁力線之間有了相對的切割運動，引起了感生電流，對整個轉(zhuǎn)子來說，各個銅桿所受磁場力的力矩使它順著磁場旋轉(zhuǎn)的方向轉(zhuǎn)動。三相感應電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動速度總比定子磁場的旋轉(zhuǎn)速度小，即轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動速度總比交流電變化的頻率來得小。

單相感應電動機????通入定子線圈的交流電是單相的，它的磁場只處在二定的方位上，按照交流電的變化規(guī)律，改變磁場強度的大小和方向；轉(zhuǎn)子在構(gòu)造上和三相感應電動機相同。

5、直流電動機

????????構(gòu)造和直流發(fā)電機相同；是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的裝置。

電動機的功率????N入＝N出＋N損? 。即ⅠV＝ⅠE＋Ⅰ2R，式中 V 為加在電動機兩端的電壓，E 為電樞的反電動勢，R 為電樞線圈的電阻。上式可化為? 。

電動機的效率? ??? 。

????????電動機的輸入功率是隨著負載的增加而增大的。因電動機負載增加時，阻礙電樞轉(zhuǎn)動的反抗力矩增大，電樞的轉(zhuǎn)速減慢，反電動勢隨著減小，通過電樞的電流相應增大，輸入功率也因而增大。

????????電動機在剛起動時，要串入起動電阻，使起動電流不至過大。當運轉(zhuǎn)正常時，再將起動電阻撤去。

6、變壓器和遠距離送電

????????變壓器是在交流電路中利用電磁感應的原理來傳遞能量和改變電壓的裝置。

????????變壓器的構(gòu)造是將原、副線圈繞在由硅鋼片迭成的框架上。

????????變壓器中能量轉(zhuǎn)換和守恒的關(guān)系：

????????原線圈中，即；

????????副線圈中，即? 。

????????原副線圈的感生電動勢和匝數(shù)的關(guān)系：? 。

????????如果不計線圈中的電壓損失，則可用下式計算：? 。

????????變壓器的輸入功率隨著輸出功率的增大而增大。因此當變壓器的負載增加，即輸出功率增大時，變壓器的輸入功率也增大了。在空載（沒有負載）時，副線圈沒有功率輸出，原線圈的電流趨近于 0，變壓器不再從電源取得能量。如果將副線圈短路，變壓器原線圈中的電流將最大。對一定功率的變壓器，過大的電流會燒毀線圈的。

遠距離送電????

????????從發(fā)電站把電能輸送到距離較遠的用電地區(qū)時，在輸電線上要損失一部分電功率。如果所輸送的總功率為 VⅠ，那末在導線上損耗的功率為Ⅰ2R? ?。

????????擴大導線橫截面積以減少電阻和提高輸出電壓都是減少損耗的辦法，惟前者需用很多有色金屬，因而受到一定限制，而后者卻是現(xiàn)代遠距離送電的有效辦法。

????????如將電壓提高到原來的 n 倍，損耗功率即可減少到原來的是 倍。

復習題五

1、交流電和直流電有什么不同？如在用電解方法提煉銅時，使白熾電燈發(fā)光時或用變壓器改變輸出或輸入電壓時，各應該使用哪種電流？

2、在附圖中，線圈從它的平面和磁力線垂直的位置開始轉(zhuǎn)動，問在什么時候線圈內(nèi)的電流最強？什么時候最弱？試畫出一周期時間內(nèi)電流變化的圖線？什么位置叫做中性面？

3、畫出三相發(fā)電機和負載的星形連接法線路圖。什么叫做三相三線制？什么叫做三相四線制？?

4、什么叫做旋轉(zhuǎn)磁場？它是怎樣產(chǎn)生的？

5、發(fā)電機的路端電壓為 220 伏特，輸送 100 馬力的功率至遠處，若輸電效率為 90%，求用電戶實得的電壓及輸電線的電阻。【198伏特，0.066歐姆】

6、一電動機的內(nèi)電阻是 3 歐姆，在電樞中通以 15 安培的電流時，磁場對通電電樞的力矩就可以使電樞轉(zhuǎn)動起來。這電動機正常工作時的反電動勢是 175 伏特.求：(1)最初給電動機加上多大電壓就可以使它轉(zhuǎn)動起來？(2)當電動機正常工作時加在它兩端的電壓是多少？(3)這電動機需要的功率是多少？(4)如果一開始就給電動機加上 220 伏特電壓將會導致什么結(jié)果？(5)用什么方法來降低電樞上的電壓呢？【(1)45伏特；(2)220伏特；(3)3.3千瓦】

7、加在電動機兩端的電壓是 220 伏特，通過的電流是 20 安培。用這個電動機帶動水泵能在 1 小時內(nèi)使 72 立方米的水升高 20 米。求電動機的效率。【89.1%】

8、一臺直流電動機，電樞線圈的電阻是 0.2 歐姆，加在電動機兩端的電壓是 600 伏特，輕負載時工作電流是 5 安培，求電動機的反電動勢和效率。滿負載時工作電流是 50 安培，求這時電動機的效率和線圈所消耗的功率。【599伏特，99.8%，98.3%，500瓦特】

9、通過變壓器原線圈的電流為 10 安培，其電壓為 2000 伏特，若通過副線圈的電流為 194 安培，電動勢為 100 伏特，問變壓器的效率為若干？每小時損失能量若干？【97%，216×10?焦耳】

10、變壓器的原線圈是 550 匝，副線圈是 55 匝，原線圈兩端的電壓是 110 伏特，已知副線圈的電阻為 0.5 歐姆，通過副線圈的電流是 2 安培，試求副線圈的感生電動勢及路端電壓?！?1伏特，10伏特】

11、從功率是 5000 千瓦的發(fā)電機中把電能輸送到 25 公里遠的工廠去，如果在輸電線中功率損耗 2%? 。試分別計算當輸電電壓為 50,000 伏特和 100,000 伏特時所用銅線的截面積和重量。[已知：ρ＝0.017歐姆·毫米2/米，d＝8.9克/厘米3]【85毫米2，21.25毫米2，37.8噸，9.46噸】

12、某人民公社的發(fā)電站通過升壓變壓器、輸電線路和降壓變壓器，把電流輸送給由電動機和電燈組成的用電系統(tǒng)。(1)試畫出從發(fā)電機到用電系統(tǒng)的線路示意圖；(2)發(fā)電機的輸出功率是 100 千瓦，輸出電壓是 250 伏特，升壓變壓器中原副線圈的匝數(shù)比為 1:25，求副線圈的輸出電壓和輸電線路中的電流強度；(3)輸電線路中的功率損失為 4%，求輸電導線的電阻和降壓變壓器中原線圈的輸入電壓；(4)降壓變壓器副線圈的輸出功率分配給生產(chǎn)用的是 60 千瓦，其余的電能用來照明；那么最多可以安裝 15 瓦特的電燈多少盞？【(2)6250伏特，16安培；(3)15.6歐姆，6000伏特；(4)2400盞】

13、有人說：“變壓器的鐵心中有交變的磁通量，只要副線圈繞組的匝數(shù)不斷增加，就可以使變壓器的輸出功率無限地增大。”試分析這句話的錯誤何在？

14、有人說：“發(fā)電機反正是在轉(zhuǎn)動著的，多開亮或少開亮幾盞電燈是一樣的。”這句話對不對？為什么？