Chuyên đề luyện thi THPT Quốc gia môn Vật lý Dòng điện xoay chiều

1

CHUYÊN ĐỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

I. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

1. Tạo ra dòng điện xoay chiều khi cho khung dây quay trong từ trường :

a. Từ thông qua khung dây: = NBS.cos(t + ) = 0.cos(t + ) (Wb)

Với: 0 = NBS là từ thông cực đại N là số vòng dây; B là cảm ứng từ của từ trường; S là diện tích của vòng dây  = 2f là tốc độ quay của khung dây

là góc hợp bởi pháp tuyến khung dây và véc tơ cảm ứng từ thời điểm ban đầu

b. Suất điện động Khi từ thông qua khung dây thay đổi trong khung dây xuất hiện dòng điện cảm ứng, suất điện động cảm ứng giữa hai điểm đầu của khung dây là:

e = -’ = NBS.sin(t+ ) = E0cos(t+ - ) (V)

với E0 = NBS là suất điện động cực đại.

c. Trường hợp khung dây khép kín có điện trở R thì

Dòng điện cảm ứng trong mạch là: = cos(t+ - ) (A)

Có thể viết lại: i = I0 cos (t + ) (A) (*)

+  là tần số góc của dòng điện;  là pha của dòng điện.

Định nghĩa: Dòng điện xoay chiều là dòng điện có cường độ biến thiên tuần hoàn theo quy luật của hàm sin hoặc cosin. (Dạng biểu thức (*)).

2. Hiệu điện thế và cường độ dòng điện xoay chiều:

Nếu hai đầu khung dây được gắn với một mạch ngoài thì hiệu điện thế tức thời ở hai đầu mạch ngoài được xác định là: u = U0cos(t + u) (V) Khi đó dòng điện tức thời ở mạch ngoài là: i = I0 cos(t + i) (A)

3. Các giá trị hiệu dụng: ; ;

* Chú ý quan trọng: với i = I0cos(t + i) - Mỗi giây dòng điện đổi chiều 2f lần - Nếu pha ban đầu i = 0 hoặc i =  thì chỉ giây đầu tiên đổi chiều 2f - 1 lần. II. CÁC LOẠI MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU ĐIỆN ĐƠN GIẢN 1. Mạch điện chỉ chứa điện trở Hiệu điện thế tức thời hai đầu điện trở: u = U0cos(t + u)

Cường độ dòng điện trong mạc : i = = = I0 cos(t + u)

Nhận xét: ; u luôn luôn cùng pha với i nên có thể viết i =

Biểu diễn bằng giản đồ véc tơ: 2. Mạch điện chỉ chứa cuộn dây thuần cảm Nếu dòng điện qua mạch có biểu thức: i = I0cos(t + i) Khi dòng điện qua mạch biến thiên trong cuộn dây xuất hiện hiện tượng tự cảm có:

0  0 

0 

0  0  2 

e i R  0 E

R

0  2 

2

0 E E 

2

0I I 

2

0 U U 

R u

R

t U u o ) cos( .  

R U I o o  R u

) sin( 0        t LI dt di L e

R

L

R U



I 

O

DeThi.edu.vn

2

Điện áp giữa hai điểm đầu cuộn dây: (V)

(trường hợp lý tưởng R = 0) Nhận xét: - U0 = ωLI0 = ZL.I0; u nhanh pha hơn i qua cuộn dây một góc π/2 - Giản đồ Fresnel

3. Mạch điện chỉ chứa tụ điện

Hiệu điện thế hai đầu tụ điện: u = U0cos(t + u) Điện tích tức thời trên bản tụ điện tại thời điểm t là: q = C.u= C.U0cos(t + u) Khi đó cường độ dòng điện tức thời qua mạch:

Nhận xét: +

+ u chậm pha hơn i qua cuộn dây một góc π/2 + Giản đồ Fresnel

4. Mạch RLC mắc nối tiếp

Áp dụng tính chất của mạch nối tiếp: u = uR + uL + uC Nếu i qua mạch có dạng i = I0cos(t + i) Hiệu điện thế tức thời hai đầu điện trở: uR = U0Rcos(t + i) (V)

Điện áp giữa hai điểm đầu cuộn dây: (V)

Hiệu điện thế hai đầu tụ điện: (V)

Áp dụng phương pháp giản đồ Fresnel

Độ lệch pha giữa u và i được xác định:

Nhận xét: + > 0: u nhanh pha hơn i (ZL > ZC) => mạch có tính cảm kháng + < 0: u chậm pha hơn i ( ZL< ZC) => mạch có tính dung kháng

- Độ lệch pha:  = u – i là độ lệch pha của u so với i, có

Áp dụng định luật Ohm: . Tổng trở:

5. Công suất dòng điện xoay chiều

Công suất tiêu thụ của đoạn mạch: P = UIcos Công suất tỏa nhiệt P = RI2 Đơn vị: W (Oát)

             2 cos sin . 0 0

     t U t LI e R i u

             2 cos . ) sin( . 0 0

       t U C t U C dt dq i

0 0 0 . . 1 I Z I C U C  

         2 cos 0

  t U u L L

         2 cos 0

  t U u C C

2 2 R L C U U (U U )   

L C Z Z tg R

 

2 2      

Z U I 

2 2 L C Z R (Z Z )   

L U



I 

O

C

C U



I 

O

L C R

O

L U



I 

C U



R U



U



L C U U   

φ

DeThi.edu.vn