Đại cương về dòng điện xoay chiều

Đại cương về dòng điện xoay chiều là bài đầu tiên của chương. Đây là chương chiếm phần lớn số điểm trong đề thi THPT, cùng với chương dao động cơ. Vì vậy ta sẽ phải học thật chắc lý thuyết để có thể đạt được số điểm cao nhất có thể.

Kiến thức chi tiết tham khảo thêm:

Lý thuyết + Bài tập: Truyền tải điện năng, máy biến áp vật lý 12

Lý thuyết máy phát điện xoay chiều 1 pha 3 pha và bài tập minh họa

Lý thuyết và bài tập minh họa mạch R, L, C mắc nối tiếp, hiện tượng cộng hưởng

I. Nhắc lại

Dòng điện là dòng dịch chuyển có hướng của các hạt mang điện.

Đặc trưng cho mức độ mạnh hay yếu của dòng điện là cường độ dòng điện.

Khi từ thông đi qua mạch điện thì trong mạch điện sẽ xuất hiện hiện tượng cảm ứng điện từ

Hiện tượng cảm ứng điện từ: Khi từ thông đi qua mạch điện thì trong mạch điện thì trong mạch điện xuất hiện suất điện động cảm ứng

II. Cách tạo ra dòng điện xoay chiều

Nguyên tắc: Dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ

Thí nghiệm: Cho một khung dây gồm N vòng dây, mỗi vòng dây có diện tích S đặt trong vùng từ trường đều với xx’ (xx’ là trục đối xứng của khung dây).

Dòng điện xoay chiều

Từ thông: Dòng điện xoay chiều

Cho khung dây quay đều với tốc độ góc w quanh trục xx’

=> α=wt+φ

=> Φ=Φ0 cos(wt+φ0)với Φ0 =NBS.

Theo định luật cảm ứng điện từ thì lúc này suất điện động:

e=-Φ’

=> e=wΦ0 sin(wt+φ)

=> e= E0 cos(wt+φ-π/2), với E0 =wΦ0

Pha của suất điện động: φe =φ-π/2. Như vậy ta có pha của từ thông và pha của suất điện động là hai đại lượng vuông pha.

Nối ra mạch ngoài thì tạo ra hiệu điện thế (điện áp) xoay chiều: u=U0 cos(wt+φu)

=> Tạo ra dòng điện: i=I0 cos(wt+φi)

Vậy dòng điện xoay chiều là dòng điện có cường độ biến thiên điều hòa theo thời gian hay có cường độ tuân theo quy luật hàm sin

III. Cường độ và điện áp hiệu dung

i=I0 cos(wt+φi)

Trên thực tế dòng điện xoay chiều nào cũng biến thiên rất nhanh. Nên người ta không quan tâm các giá trị tức thời mà chỉ quan tâm đến các giá trị tác dụng trong thời gian dài như cường độ dòng điện cực đại hoặc cường độ dòng điện hiệu dụng.

Xét dòng điện không đổi có cường độ I (Tức là dòng điện một chiều) qua điện trở R

=> Công suất tỏa nhiệt ra điện trở: P=RI2

Cho dòng điện i=I0 cos(wt) qua điện trở R =>

Trong thời gian dài => t lớn => =0

Nếu P=P’

Vậy cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều bằng với cường độ của một dòng điện không đổi.

Khi cho chúng chạy qua cùng một điện trở thì công suất tỏa nhiệt bằng nhau (hay trong cùng một khoảng thời gian thì nhiệt lượng tỏa ra như nhau).

Tương tự ta có:

Nhận xét:

  • Bản chất của dòng điện xoay chiều là một dao động cưỡng bức
  • Trong một chu kỳ thì dòng điện xoay chiều đổi chiều hai lần. Vậy dòng điện xoay chiều có tần số f thì trong 1 giây dòng điện đó đổi chiều 2f lần.
  • Số chỉ của các dụng cụ đo là các giá trị hiệu dụng
  • Suất điện động e luôn trễ pha π/2 so với từ thông Φ. Vì hai đại lượng này vuông pha nên ta có công thức độc lập với thời gian:

Các giá trị:

i, u, e: giá trị tức thời

I, U, E: Giá trị hiệu dụng

I0,U0, E0: Giá trị cực đại

IV. Tác dụng của dòng điện xoay chiều

Dòng điện xoay chiều có rất nhiều tác dụng, và một số tác dụng ta có thể thấy trong thực tiễn như:

  • Tác dụng từ: Tạo ra từ trường chế tạo nam châm điện, loa điện
  • Tác dụng phát sáng: Chế tạo các loại đèn, bút thử điện
  • Tác dụng nhiệt: Dùng làm nóng các vật dụng
  • Tác dụng sinh lý: Ứng dụng trong khám, chữa bệnh

V. Kí hiệu

Dòng điện xoay chiều có kí hiệu “~” hoặc AC. Chúng ta thường thấy những kí hiệu này trên các mạch điện xoay chiều hoặc các thiết bị điện dân dụng trong nhà chúng ta.

Tần số của dòng điện xoay chiều ở Việt Nam là 50 Hz.

VI. Ứng dụng

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,…