【A-Level 物理】你想要的交流電知識都在這里！
A-level物理考試12道大題中，會有一道Alternating Current的題，這篇文章會在簡單介紹完A2部份的交流電后總結出幾種題型，幫助大家更好掌握交流電的知識～
交流電的來源以及特斯拉和愛迪生之間的恩怨情仇就不多說了，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，因為交流電的變化規律可以用正弦曲線來表示，
這是因為產生交流電的轉子在定子（磁鐵）之間所做的正是簡諧運動（Simpleharmonic Motion）。
這張圖表示了一個常見的交流電，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，
則是轉子做間歇運動的角速度，t是時間既然交流電中的電壓和電流都是持續變化的，那么電功率（Power）是不是也是變化的呢？ 答案是肯定的。
舉個例子：當你仔細觀察電燈泡時，你會發現它是在閃爍的，當然因為頻率太高一般不易發現。
既然功率是一直變化的，那么怎么計算平均功率呢，在這里我們引入了一個均方根（Root-mean-square value,簡稱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，就等于
，所以呢
，.電壓的均方根，也是同樣的方法計算。
平均功率的計算方法，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，算出來的功率也會是最大值。
以上就是交流電的第一種題型，也就是計算題。
要求考生通過給出的電流／電壓圖像，計算出各自的均方根，平均功率，活著根據均方根來計算出最大電壓／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，產生南北極，當電流方向變化時，南北極也發生變化，
這使得右邊線圈的磁通量（Magnetic flux）發生變化，根據電磁感應原法拉第定律，磁通量的變化產生感應電動勢，其大小與磁通量變化率成正比（ 所以，由于磁場的方向是持續變化的，右邊線圈中的磁通量也持續變化，由于右邊的磁通匝數比左邊大， 所以產生的感應電壓大于左邊輸入的電壓，這樣，就可以把低壓轉換成高壓了。 通過線圈纏繞的數量，根據給出的輸入電壓來算出輸出電壓。 這里需要知道的是在理想狀況下，即沒有能量損耗，電壓之比等于線圈之比。 1. 為什么這個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）。
關于變壓器的第一種題型，就是計算題。
變壓器的第二種題型就會問到關于變壓器本身結構的問題，這幾年常考的主要有兩個問題：考到變壓器，一般都會讓大家state Faraday’s law of electromagnetic induction，所以這個一定要牢記！
第三個考點就是整流（rectification）
| 先來介紹一下，整流就是把輸出的交流電變成直流電的過程，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），這里利用了四個二極管，使得輸入的電流無論是哪個方向，都會以一個方向通過電阻R。 整流怎么考呢，一般會給你上圖中左邊的圖像，讓你畫出右邊的圖像。 或者根據右邊的圖像，補充不完整的左邊的圖像。 要點就是判斷對電流通過電阻R的方向。 還會考到全波整流與半波整流相較有什么優點。 大家想啊，半波整流把一半的電流都給整沒了，那功率豈不是小了一半，那么能量也就少了，所以全波整流的優點就是 1.More output power available 2.Less ripple for the same smoothing capacitor. 第二條是什么鬼啊！這就是最后一個知識點——smoothing. 將一個電容與電阻R并聯，這是的電壓在變小的時候，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）就會變小。 注意，全波整流也可以通過此方法來減小幅度。 此部分考點一是讓你畫出smoothing以后的圖像，二是問你如何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波，負方向的電流因為二極管的存在被消除了。
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了，祝大家學習愉快～
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