正弦式交变电流中,电动势的瞬时值表达式为:
\[ e = E_m \sin(\omega t) \]
其中,\( E_m \) 是电动势的最大值,\( \omega \) 是角频率,\( t \) 是时间。
这个表达式的推导过程如下:
矩形线圈在匀强磁场中匀速转动
当矩形线圈的平面与磁感线垂直时,磁通量最大,此时电动势为0。
当矩形线圈的平面与磁感线平行时,磁通量为0,此时电动势为最大。
磁通量的变化率
磁通量 \(\Phi\) 随时间 \(t\) 的变化率 \(\frac{d\Phi}{dt}\) 与电动势成正比。
对于矩形线圈,磁通量 \(\Phi = B S \cos(\omega t)\),其中 \(B\) 是磁感应强度,\(S\) 是线圈面积,\(\omega\) 是角频率。
求导得到电动势
对磁通量 \(\Phi = B S \cos(\omega t)\) 求导,得到 \(\frac{d\Phi}{dt} = -B S \omega \sin(\omega t)\)。
由于电动势 \(e\) 与磁通量的变化率成正比,且比例系数为 \(B S\),所以 \(e = B S \omega \sin(\omega t)\)。
最大电动势
磁通量的最大值为 \(B S\),因此电动势的最大值 \(E_m = B S \omega\)。
瞬时值表达式
将最大电动势 \(E_m\) 代入电动势的表达式,得到 \(e = E_m \sin(\omega t)\)。
综上所述,正弦式交变电流中电动势的瞬时值表达式为 \(e = E_m \sin(\omega t)\),其中 \(E_m\) 是电动势的最大值,\( \omega \) 是角频率,\( t \) 是时间。这个推导过程基于矩形线圈在匀强磁场中匀速转动的假设,并且考虑了磁通量的变化率与电动势的关系。