Đại cương về dòng điện xoay chiều hay chi tiết nhất

Ngọc Quốc Tháng Năm 16, 2021

Đại cương về dòng điện xoay chiều, suất điện động xoay chiều, từ thông gửi qua khung dây, độ lệch pha giữ điện áp và cường độ dòng điện, Giá trị hiệu dụng,.. Các dạng bài thường gặp

Hôm nay, HocThatGioi sẽ cùng các bạn đi tìm hiểu về các kiến thức của chương mới – chương Dòng điện xoay chiều. Đây là một chương khá trọng tâm trong chương trình lớp 12 với số lượng câu hỏi xuất hiện trong đề thi khá là lớn. Vậy dòng điện xoay chiều là gì? Làm sao để tạo ra suất điện động xoay chiều? Các biểu thức công thức cần nắm của dòng điện xoay chiều,… Tất tần tật các kiến thức ấy sẽ được HocThatGioi tổng hợp trong bài viết dưới đây, các bạn cứ thoải mái tham khảo nhé!

1. Suất điện động xoay chiều

Trước khi vào tìm hiểu dòng điện xoay chiều, trước tiên ta cần phải nắm rõ kiến thức về suất điện động xoay chiều.

1.1 Cách tạo ra suất điện động xoay chiều

Cho khung dây dẫn phẳng có $N$ vòng ,diện tích $S$ quay đều với vận tốc $ω$ , xung quanh trục vuông góc với với các đường sức từ của một từ trường đều có cảm ứng từ $\vec B$ .Theo định luật cảm ứng điện từ, trong khung dây xuất hiện một suất điện động biến đổi theo định luật dạng cosin với thời gian gọi tắt là suất điện động xoay chiều:

$e=E_0cos(ωt+φ_0)$

Đại cương về dòng điện xoay chiều hay chi tiết nhất 2 — Suất điện động xoay chiều

1.2 Từ thông gởi qua khung dây

Từ thông gửi qua khung dây dẫn gồm $N$ vòng dây có diện tích $S$ quay trong từ trường đều $\vec B$ .Giả sử tại $t=0$ thì : $(\vec n, \vec B)=φ$

Biểu thức từ thông của khung: $Φ=NBScosωt=Φ_0cosωt$

Từ thông qua khung dây cực đại $Φ0=NBS$ ; $ω$ là tần số góc bằng tốc độ quay của khung $(rad/s)$

Đơn vị:

$Φ : Vêbe(Wb)$ ;
$S$ : Là diện tích một vòng dây $(m^2)$ ;
$N$ : Số vòng dây của khung
$\vec B$ : Véc tơ cảm ứng từ của từ trường đều $(B:Tesla(T))$ ( $\vec B$ vuông góc với trục quay $∆$ )
$ω$ : Vận tốc góc không đổi của khung dây

( Chọn gốc thời gian $t=0$ lúc $(\vec n, \vec B)=0$

Chu kì và tần số của khung: $T=\frac{2π}{ω};f=\frac{1}{T}$

1.3 Suất điện động xoay chiều

Biểu thức của suất điện động cảm ứng tức thời:

$e=−\frac{ΔΦ}{Δt}=−Φ′=ωNBS.sinωt=E_ocos(ωt−\frac{π}{2})$ ;

$e=E_ocos(ωt+φ_0)$ .

Đặt $E_0=NBωS$ : Suất điện động cực đại

$φ_0=φ-π_2$ ;

Đơn vị: $e,E_0(V)$

2. Điện áp xoay chiều- dòng điện xoay chiều

2.1 Biểu thức điện áp tức thời

Nếu nối hai đầu khung dây với mạch ngoài thành mạch kín thì biểu thức điện áp tức thời mạch ngoài là: $u=e-ir$

Xem khung dây có $r = 0$ thì $u=e=E_ocos(ωt+φ_0)$

Tổng quát : $u=U_0cos(ωt+φ_u)$ ( $φ_u$ là pha ban đầu của điện áp )

2.2 Khái niệm về dòng điện xoay chiều

Là dòng điện có cường độ biến thiên tuần hoàn với thời gian theo quy luật của hàm số $sin$ hay $cosin$ , với dạng tổng quát :

$i=I_0cos(ωt+φ_i)$

Trong đó:

i: giá trị của cường độ dòng điện tại thời điểm t, được gọi là giá trị tức thời của i (cường độ tức thời).
$I_0 > 0$ : giá trị cực đại của $i$ (cường độ cực đại).
$ω > 0$ : tần số góc.
$f$ : tần số của i.
$T$ : chu kì của $i$ .
$(ωt + φ)$ : pha của $i$ .
$φ_i$ là pha ban đầu của dòng điện.

2.3 Độ lệch pha giữa điện áp u và cường độ dòng điện i:

Đại lượng : $φ = φ_u -φ_i$ gọi là độ lệch pha của $u$ so với $i$ .

Nếu $φ >0$ thì $u$ sớm pha (nhanh pha) so với $i$ .

Nếu $φ <0$ thì $u$ trễ pha (chậm pha) so với $i$

Nếu $φ =0$ thì $u$ đồng pha (cùng pha) so với $i$ .

2.4 Giá trị hiệu dụng

Dòng điện xoay chiều cũng có tác dụng toả nhiệt như dòng điện một chiều.Xét về mặt toả nhiệt trong một thời gian dài thì dòng điện xoay chiều $i=I_0cos(ωt+φ_i)$ tương đương với dòng điện một chiều có cường độ không đổi có cường độ bằng $\frac {I_0}{ \sqrt 2}$ .

“Cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều bằng cường độ của một dòng điện không đổi,nếu cho hai dòng điện đó lần lượt đi qua cùng một điện trở trong những khoảng thời gian bằng nhau đủ dài thì nhiệt lượng toả ra bằng nhau. Nó có giá trị bằng cường độ dòng điện cực đại chia cho $\sqrt 2$ “.

Các giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều:

Cường độ dòng điện hiệu dụng: $I=\frac{I_0}{ \sqrt2}$
Hiệu điện thế hiệu dụng: $U=\frac{U_0}{\sqrt 2}$
Suất điện động hiệu dụng: $E=\frac{E_0}{\sqrt 2}$

Lý do sử dụng các giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều:

Khi sử dụng dòng điện xoay chiều, ta không cần quan tâm đến các giá trị tức thời của i và u vì chúng biến thiên rất nhanh, ta cần quan tâm tới tác dụng của nó trong một thời gian dài.
Tác dụng nhiệt của dòng điện tỉ lệ với bình phương cường độ dòng điện nên không phụ thuộc vào chiều dòng điện.
Ampe kế đo cường độ dòng điện xoay chiều và vôn kế đo điện áp xoay chiều dựa vào tác dụng nhiệt của dòng điện nên gọi là ampe kế nhiệt và vôn kế nhiệt, số chỉ của chúng là cường độ hiệu dụng và điện áp hiệu dụng của dòng điện xoay chiều.

2.5 Nhiệt lượng toả ra

Nhiệt lượng toả ra trên điện trở R trong thời gian t nếu có dòng điện xoay chiều

$i(t) = I_0cos(ωt + φ_i)$ chạy qua là: $Q = RI^2t$

2.6 Công suất toả nhiệt

Công suất toả nhiệt trên R khi có dòng điện xoay chiều chạy qua là:

$P=RI^2$

Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết của HocThatGioi về Đại cương về dòng điện xoay chiều hay chi tiết nhất. Nếu các bạn thấy hay và bổ ích, hãy chia sẻ cho bạn bè của mình để cùng nhau học thật giỏi nhá. Đừng quên để lại 1 like, 1 cmt để tạo động lực cho HocThatGioi và giúp HocThatGioi ngày càng phát triển hơn nhé! Chúc các bạn học thật tốt!