Việc phát minh ra dòng điện xoay chiều đóng vai trò rất lớn trong sự phát triển của văn minh nhân loại. Bài hôm nay chúng ta cùng tìm hiểu các nhà vật lý đã tìm ra cách tạo ra dòng điện xoay chiều như thế nào và ứng dụng của chúng trong thực tiễn.

I. Dòng điện xoay chiều

1. Khái niệm dòng điện xoay chiều

Định nghĩa: Dòng điện xoay chiều là dòng điện có cường độ biến thiên điều hòa theo thời gian với phương trình có dạng:

i=I₀cos(ωt+φ_i)

Trong đó:

+) i: Cường độ dòng điện tức thời

+) I₀: Cường độ dòng điện cực đại (Biên độ của cường độ dòng điện)

+) ω: Tần số góc của dòng điện

+) φ_i :Pha ban đầu của dòng điện

2. Cường độ hiệu dụng của dòng điện

Định nghĩa: Cường độ của dòng điện xoay chiều bằng cường độ của một dòng điện không đổi mà nếu cho chúng qua cùng một điện trở trong cùng khoảng thời gian thì chúng tỏa ra cùng một nhiệt lượng

Người ta đã chứng minh được rằng:

II. Điện áp (Hiệu điện thế) dao động điều hòa

1. Hiệu điện thế xoay chiều

Nếu trong đoạn mạch có dòng điện xoay chiều thì ở hai đầu đoạn mạch có một điện áp (hiệu điện thế) dao động điều hòa có dạng:

u=U₀cos(ωt+φ_u)

Trong đó:

+) u: Cường độ tức thời

+) U₀: Cường độ cực đại

+) ω: Tần số góc của dòng điện xoay chiều

+) φ_u: Pha ban đầu của điện áp

2. Điện áp hiệu dụng

Người ta cũng chứng minh được rằng:

III. Độ lệch pha giữa cường độ dòng điện xoay chiều và hiệu điện thế dao động xoay chiều điều hòa trong một đoạn mạch

Ta có công thức về độ lệch pha giữa hai đại lượng như sau:\

Chú ý:

Trong đoạn RLC không phân nhánh:

Nếu φ>0: Điện áp tức thời sớm pha hơn dòng điện

Nếu φ<0: Điện áp tức thời trễ pha hơn dòng điện

Nếu φ=0: Điện áp tức thời cùng pha với dòng điện

IV. Cách tạo ra dòng điện xoay chiều

1. Nguyên lí tạo ra dòng điện xoay chiều

Nguyên lí tạo ra dòng điện xoay chiều dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ

Khái niệm hiện tượng cảm ứng điện từ: Hiện tượng hình thành một điện áp trên một vật dẫn khi vật dẫn đó được đặt trong một từ trường biến thiên.

Dựa vào nguyên lí này ta hoàn toàn có thể tìm được cách tạo ra dòng điện xoay chiều.

Thí nghiệm faraday: Ta lấy một cuộn dây và mắc nối tiếp với một điện kế thành một mạch kín. Phía trên ống dây, ta đặt một nam chân có 2 cực Bắc và Nam.

Sau khi quan sát thí nghiệm trên, Faraday đã rút ra kết luận:

+) Dòng điện cảm ứng trong mạch được tạo ra là nhờ từ thông biến thiên theo thời gian khi đi qua mạch kín.

+) Dòng điện cảm ứng chỉ tồn tại lúc từ thông biến thiên khi đi qua mạch kín.

+) Tốc độ biến đổi của từ thông tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện cảm ứng.

+) Chiều của dòng điện cảm ứng phụ thuộc vào sự tăng hay giảm của từ thông gửi qua mạch.

2. Cách xác định chiều của dòng điện cảm ứng trong dây dẫn sinh ra bởi sự biến thiên của từ trường

chiều của dòng điện cảm ứng trong dây dẫn sinh ra bởi sự biến thiên của từ trường tuân theo định luật Lenz.

Định luật Lenz được phát biểu như sau:

Chiều của dòng điện cảm ứng trong dây dẫn sinh ra bởi sự biến thiên của từ trường tuân theo định luật Faraday sẽ tạo ra một từ trường chống lại sự biến thiên từ thông sinh ra nó.

Công thức định luật Lenz:

V. Phân loại dòng điện xoay chiều

Dòng điện xoay chiều gồm 2 loại: Điện xoay chiều 1 pha và điện xoay chiều 3 pha.

1. Điện xoay chiều 1 pha

Định nghĩa: Dòng điện xoay chiều 1 pha là dòng điện trong mạch có hai dây nối với nguồn điện. Hướng của cường độ dòng điện trong mạch AC thay đổi nhiều lần tùy thuộc vào tần số của nguồn điện trong mạch.

Điện một pha gồm hay dây dẫn gồm 1 dây lửa và 1 dây mát.

2. Điện xoay chiều 3 pha

Định nghĩa: Dòng điện xoay chiều 3 pha là dòng điện xoay chiều gần giống 3 đường điện 1 pha chạy song song với nhau và có chung 1 dây trung tính.

V. Ứng dụng của dòng điện xoay chiều

Điện xoay chiều là một nguồn năng lượng đóng vai trò rất quan trọng trong cuộc sống của chúng ta hiện nay. Điện xoay chiều được ứng dụng ở nhiều lĩnh vực, và tùy vào lĩnh vực nào mà người ta sẽ sử dụng từng loại điện xoay chiều sao cho phù hợp.

1. Ứng dụng của dòng điện xoay chiều 1 pha

Dòng điện xoay chiều 1 pha có công suất nhỏ nên thường được ứng dụng trong sinh hoạt hàng ngày. Dùng cho các thiết bị như: đồ điện gia dụng, máy bơm,…

2. Ứng dụng của dòng điện xoay chiều 3 pha

Dòng điện xoay chiều 3 pha có công suất lớn và hiệu suất cao nên phù hợp truyền tải những thiết bị sản xuất công nghiệp. Rất hay được ứng dụng trong các ngành chăn nuôi, sản xuất, chế biến,…