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电感对交变电流的阻碍作用与电阻有什么不同-交变电流能通过电容器的原因详细信息
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第3节 电感和电容对交变电流的影响
很多电子产品中,电容器都是必不可少的电子元器件,它在电子设备中充当整流器的平滑滤波、电源和退耦、交流信号的旁路、交直流电路的交流耦合等。由于电容器的类型和结构种类比较多,因此,使用者不仅需要了解各类电容器的性能指标和一般特性,而且还必须了解在给定用途下各种元件的优缺点、机械或环境的限制条件等。
电感对交变电流的阻碍作用与电阻有什么不同 

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知识全解·吃透教材
知识点1 电感对交变电流的影响
补讲实验
1、演示:把电感线圈L和灯泡串联在电路中,实验中取直流的电压和交流的有效电压相等。

现象:直流电流灯较亮,交流电源灯较暗。
结论:这表明电感对交流有阻碍作用。
2、电感对交变电流均有阻碍作用。交变电流通过电感线圈时,线圈中产生自感电动势,阻碍电流的变化,形成了对电流的阻碍作用,这种阻碍作用叫感抗。实验表明:线圈的自感系数越大,交变电流的频率越高,线圈的感抗越大,所以,电感线圈在交流电路中有“通直流、阻交流、通低频、阻高频”的特性
3、应用:低频扼流圈,高频扼流
(1)低频扼流圈
构造:线圈绕在闭合铁芯上,匝数多,自感系数很大。
作用:对低频交变电流有很大的阻碍作用。即“通直流、阻交流”。
(2)高频扼流圈
构造:线圈绕在铁氧体芯上,线圈匝数少,自感系数小。
作用:对低频交变电流阻碍小,对高频交变电流阻碍大。即“通低频、阻高频”。
例1】一个灯泡通过一个粗导线的线圈与一交流电源相连接,如图所示.一块铁插进线圈之后,该灯将( )
A.变亮  B.变暗  C.对灯没影响 D.无法确定
分析:这线圈和灯泡是串联的,因此加在串联电路两端的总电压一定是绕组上的电势差与灯泡上的电势差之和.由墙上插孔所提供的220伏的电压,一部分降落在线圈上,剩余的降落在灯泡上.如果一个大电压降落在线圈上,则仅有一小部分电压降落在灯泡上.灯泡上电压变小,将使它变暗.什么原因使得电压降落在线圈上呢?在线圈上产生压降的主要原因是其内部改变着的磁场.
在线圈内由于改变磁场而产生的感应电动势,总是反抗电流变化的,正是这种反抗变化的特性(电惰性),使线圈产生了感抗.
答案: B
说明:早期人们正是用改变插入线圈中铁芯长度的方法来控制舞台灯光的亮暗的。

补知识点2 交变电流能通过电容器
实验:把灯泡和电容器串联在电路中,分别通入直流和交流,观察灯泡发光情况。

现象:通入直流电,灯泡不亮,说明直流电不能通过电容器,接入交流电时,灯泡亮了,说明交流能够通过电容器。
结论:电容器有“通交流,隔直流”的作用。
(2)交变电流“通过”电容器的原理
交变电流在一个周期内,电容器的冲放电过程A、B、C、D

电容器通过充电和放电电路中就有了电流,表现为交流通过了电路。在交变电流的每一个周期内,电容器冲放电两次形成的冲放电电流方向改变两次。当电压升高时,电荷向电容器的极板上聚集,形成充电电流;当电压降低时,电荷离开极板,形成放电电流.电容器交替进行充电和放电,电路中就有了电流,表现为交流“通过”了电容器.
【例2】如图所示,接在交流电源上的电灯泡正常发光,以下说法正确的是( )
A.把电介质插入电容器,灯泡变亮
B.增大电容器两极板间的距离,灯泡变亮
C.减小电容器两极板间的正对面积,灯泡变暗
D.使交变电流频率减小,灯泡变暗

分析:把电介质插入电容器,电容增大,电容器对交变电流阻碍作用变小,所以灯泡变亮,故A正确。增大电容器两极板间的距离,电容变小,电容器对交变电流阻碍作用变大,所以灯泡变暗故B错。减小电容器两极板间的正对面积,电容变小灯泡变暗正确,故C正确。交变电流频率减小,电容器对交变电流阻碍作用增大,灯泡变暗,故D正确。
答案:ACD
知识点3 电容对交变电流的影响
1. 电容对交变电流也有阻碍作用。电容器接到交流电路中后,交替充电和放电,使电路中有交变电流,似乎电流“通过 “了电容器,由于电荷在电路中定向移动受到电容器极板上积聚电荷的反抗,因此产生对交变电流的阻碍作用,这种阻碍作用叫容抗。实验表明:电容越大,交变电流的频率越高,电容的容抗越小。电容在交流电路中有“通交流、隔直流、通高频、阻低频”的特性。
电容器的极板就象一个可以囤积和疏散电荷虽的据点,而在囤积和疏散的过程中,电路中必须要有电荷的流动,这就形成的电流,从而造成一种导通的事实。其实,电荷只是通过了导线,而并没有通过电容器中的绝缘介质。
2. 应用:隔直电容:通交流,阻直流;旁路电容:通高频,阻低频
【例3】 如图所示为一低通滤波电路.已知电源电压包含的电流直流成分是240V,此外还含有一些低频的交流成分.为了在输出电压中尽量减小低频交流成分,试说明电路中电容器的作用.
解析: 电容器对恒定电流(直流成分)来说,相当于一个始终断开的开关,因此电源输出的直流成分全部降在电容器上,所以输出的电压中直流成分仍为240V.但交变电流却可以“通过”电容器,交流频率越高、电容越大,电容器的容抗就越小,在电容器上输出的电压中交流成分就越小.在本题的低通滤波电路中,为了要使电容器上输出的电压中,能将低频的交流成分滤掉,不输出到下一级电路中,就应取电容较大的电容器,实际应用中,取C>500μF.

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方法点拨: 自感系数很大的自感线圈(一般几十亨利),对低频交流电有显著的阻碍作用。自感系数较小的自感线圈(一般几个毫亨),对高频交流电有显著的阻碍作用。
变式训练
1.关于感抗,下列说法中正确的是( )
A.感抗是由于电流变化时在线圈中产生了自感电动势,阻碍电流的变化
B.感抗的大小不仅与自感系数有关,还与电流的频率有关
C.感抗虽然对交变电流有阻碍作用,但不消耗能量
D.感抗是线圈的电阻产生的
1.ABC解析:提示:产生感抗的原因是自感现象;交变电流通过线圈时,电能与磁场能相互转化,不消耗电能.

 

 

 

 

 

 

补方法点拨:电容器接到交流电源上,充电、放电的动态过程.强调自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘介质,当电容器接交变电源上时,正极板上的电子向负极板上流,使两极板上聚集电荷增加,形成充电电流.当电源电压降低时,负极板上的电子通过电源流向正极板,两极板上的电荷中和掉一部分,形成放电电流.
变式训练
2、对电容器能通交变电流的原因,下列说法中正确的有( )
A.当电容器接到交流电源上时,因为有自由电荷通过电容器,电路中才有交变电流
B.当电容器接到交流电源上时,电容器交替进行充电和放电,电路中才有交变电流
C.在有电容器的交流电路中,没有电荷定向移动
D.在有电容器的交流电路中,没有电荷通过电容器
2、BD。解析:当电容器接到交流电源上时,电容器交替进行充电和放电,电路中才有交变电流,但没有电荷通过电容器。

 

 

 

 

 

方法点拨:容抗决定于电容器电容的大小和交变电流的频率.电容越大,在同样电压下电容器容纳电荷越多,因此充放电的电流越大,容抗就越小;交变电流的频率越高,充放电进行得越快,充放电电流越大,容抗越小.即电容器的电容越大,交变电流频率越高,容抗越小。电容器具有“通交流、隔直流”“通高频、阻低频”的特点。电容器对直流相当于断路,利用电容“隔直流、通交流”性质可分离直流信号和交流信号;利用高频旁路电容器可以将高频信号和低频信号分开.
变式训练
3、 左右两个电路都是从左端输入信号,从右端输出信号。左图中输入的是高频、低频混合的交流信号,要求只输出低频信号;右图中输入的是直流和低频交流的混合信号,要求只输出低频交流信号。那么C1、C2中哪个该用大电容?哪个该用小电容?

解析:电容的作用是“通交流,隔直流”、“通高频,阻低频”,由其表达式XC=1/2πfC可看出:左图中的C1必须用电容小些的,才能使高频交流顺利通过,而低频不易通过,这种电容器叫高频旁路电容器。右图中的C2一般用电容大的,使低频交流电很容易通过,只有直流成分从电阻上通过,这种电容器叫隔直电容器。

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电感对交变电流的阻碍作用与电阻有什么不同-交变电流能通过电容器的原因
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