BÀI 13: CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU

Chia sẻ bài viết này

BÀI 13: CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU

I. Độ lệch pha giữa u và i

Nếu trong một mạch điện có dòng điện xoay chiều:

$i=I_{0}cos(\omega t+\varphi_{i} )$

thì điện áp xoay chiều giữa hai đầu đoạn mạch là:

$u=U_{0}cos(\omega t+\varphi_{u} )$

Độ lệch pha giữa u và i:

$\varphi =\varphi _{u}-\varphi _{i}$

– Nếu $\varphi >0$ thì ta nói u sớm pha $\varphi$ so với i (hay i trễ pha $\varphi$ so với u )

– Nếu $\varphi <0$ thì ta nói u trễ pha $\left |\varphi \right |$ so với i (hay i sớm pha $\left |\varphi \right |$ so với u)

– Nếu $\varphi =0$ thì ta nói u cùng với i.

II. Mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở

a) Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở

Đặt vào hai đầu đoạn mạch chỉ có điện trở R điện áp xoay chiều:

$u=U_{0}cos\omega t=\sqrt{2}Ucos\omega t$

Thì dòng điện i chạy trong mạch

$i=\frac{u}{R}$ $=\frac{U}{R}\sqrt{2}cos\omega t$

với $I=\frac{U}{R}$

$\Rightarrow i =I\sqrt{2}cos\omega t$

Trong mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở thì u cùng pha với I, tức là $\varphi$ = 0.

b) Biểu diễn bằng vectơ quay

c) Công thức định luật Ôm đối với đoạn mạch chỉ có điện trở

$I=\frac{U}{R}$

III. Đoạn mạch xoay chiều chỉ có tụ điện

Thí nghiệm

Tụ điện C không cho dòng điện không đổi đi qua (cản trở hoàn toàn) nhưng lại cho dòng điện xoay chiều đi qua.

Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện

a) Khảo sát

+ Đặt vào hai đầu đoạn mạch chỉ có tụ điện C một điện áp xoay chiều:

$u=\sqrt{2}Ucos\omega t$

+ Điện tích trên tụ:

$q=Cu=CU\sqrt{2}cos\omega t$

+ Dòng điện chạy qua đoạn mạch

$i=q'=-\omega CU\sqrt{2}sin\omega t$ $=\omega CU\sqrt{2}cos(\omega t+\frac{\pi }{2})$

Với $I=\omega CU$

$\Rightarrow i=I\sqrt{2}cos(\omega t+\frac{\pi }{2})$

Trong mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện u trễ pha $\frac{\pi }{2}$ so với i, hay i sớm pha $\frac{\pi }{2}$ so với u.

b) Biểu diễn bằng vectơ quay

c) Công thức định luật Ôm đối với đoạn mạch chỉ có tụ điện. Dung kháng

Ta có: $I=\omega CU$ , đặt $Z_{C}=\frac{1}{\omega C}$

$I=\frac{U}{Z_{C}}$

Đại lượng $Z_{C}=\frac{1}{\omega C}$ gọi là dung kháng của mạch.(đơn vị dung kháng là $\Omega$ )

Ý nghĩa của dung kháng

– Dung kháng $Z_{C}=\frac{1}{\omega C}$ đặc trưng cho tính cản trở dòng điện xoay chiều của tụ điện.

– Nếu điện dung C của tụ điện hoặc tần số của dòng điện càng lớn thì Z_C càng nhỏ và dòng điện xoay chiều bị cản trở càng ít.

– Dung kháng làm u trễ pha hơn so với i.

IV. Đoạn mạch xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần

1. Hiện tượng tự cảm trong mạch điện xoay chiều

– Khi có dòng điện cường độ i chạy qua một cuộn dây có độ tự cảm L ( cuộn cảm) thì từ thông tự cảm trong cuộn dây có biểu thức:

$\phi =Li$

– Khi i là dòng điện xoay chiều thì $\phi$ biến thiên tuần hoàn theo t và trong cuộn dây xuất hiện một suất điện động tự cảm:

$e=-L\frac{di}{dt}=-Li'$

Mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần

a) Khảo sát

– Đặt vào hai đầu một cuộn cảm thuần một điện áp xoay chiều thì trong mạch sẽ có một dòng điện xoay chiều chạy qua.

– Giả sử cường độ tức thời trong mạch có biểu thức:

$i =I\sqrt{2}cos\omega t$

– Điện áp tức thời giữa hai đầu cuộn cảm thuần:

$u=-e=Li'$ $=-\omega LI\sqrt{2}sin\omega t$ $=\omega LI\sqrt{2}cos(\omega t+\frac{\pi }{2})$

với $U=\omega LI$

$\Rightarrow u=U\sqrt{2}cos(\omega t+\frac{\pi }{2})$

Trong mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần u sớm pha so với i, hay i trễ pha so với u.

b) Biểu diễn bằng vectơ quay

c) Công thức định luật Ôm đối với đoạn mạch chỉ có cuộn cảm thuần. Cảm kháng

Ta có: $U=\omega LI$ , đặt: $Z_{L}=\omega L$

$I=\frac{U}{Z_{L}}$

Đại lượng $Z_{L}=\omega L$ gọi là cảm kháng của mạch. (đơn vị cảm kháng là $\Omega$ )

Ý nghĩa của cảm kháng

– Cảm kháng $Z_{L}=\omega L$ đặc trưng cho tính cản trở dòng điện xoay chiều của cuộn cảm.

– Khi độ tự cảm của cuộn cảm hoặc tần số của dòng điện xoay chiều càng lớn thì Z_L càng lớn, cuộn cảm L sẽ cản trở nhiều đối với dòng điện xoay chiều.

– Cảm kháng làm u sớm pha hơn i.

BÀI 13: CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU

Chia sẻ bài viết này