CHƯƠNG III: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

BÀI 12:

BÀI 12: ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

I. KHÁI NIỆM VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

II. NGUYÊN TẮC TẠO RA DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

III. GIÁ TRỊ HIỆU DỤNG

►▼◄

BÀI 12: ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

I. Khái niệm dòng điện xoay chiều

Nhắc lại định nghĩa dòng điện một chiều không đổi?Dòng điện một chiều không đổi là dòng điện chạy theo một chiều với cường độ hiệu dụng không đổi theo thời gian.Dòng điện xoay chiều hay còn gọi là dòng điện xoay chiều hình sin.1. Định nghĩa: dòng điện xoay chiều là dòng điện có cường độ biến thiên tuần hoàn với thời gian theo quy luật của ham sin hoặc cosin2. Biểu thức: i = I0 cos(ωt + φ) (12.1)

Trong đó: i là cường độ dòng điện tức thời

I0 >0, là cường độ cực đại

ω >0, là tần số góc, T = 2л/ω là chu kì và f = ω/2л là tần số của i

α = ωt +φ là pha của i và φ là pha ban đầu

BÀI 12: ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

C2: a) i = 5cos(100лt+ л/4) có: I0 = 5A, ω = 100л rad/s, T = 1/50 s, f = 50 Hz, φ = л/4 rad

b) i = 2√2cos(100лt – л/3) có: I0 = 2√2A, ω = 100л rad/s, T = 1/50 s, f = 50 Hz, φ = - л/3 rad

c) i = - 5√2cos(100лt ) = 5√2cos(100лt ± л) có: I0 = 5√2 ω = 100л rad/s, T = 1/50 s, f = 50 Hz, φ = ± л rad

T/80

T T

t

I0 i

BÀI 12: ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

C3 :

o Đồ thị hình sin của i cắt trục hoành tại những điểm có toạ độ:

(T/8 +T/4) + k. T/2 = 3T/8 + k.T/2

o Đồ thị hình sin của i cắt trục tung tại những điểm có toạ độ:

Ta có: khi t = T/8 thì i = I0 nên i = I0 cos( ω.T/8 + φ) = I0

Suy ra: cos(л/4 + φ) = 1 = cos 00 → φ = -л/4 rad

Vậy: khi t = 0 thì i = I0cos(-л/4 ) = I0/√2

BÀI 12: ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

II. Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều Cho một cuộn dây tròn dẹt hai đầu khép kín qya xung quanh trục Δ cố định đồng phẳng với cuộn dây. Hệ thống được đặt trong từ trường đều B có phương vuông góc với trục Δ

Gọi α là góc hợp bởi B và n

Giả sử tại t = 0, α = 0

Tại t, α = ωt

Khi từ thông trong mạch biến thiên thì có hiện tượng gì xảy ra?

Khi từ thông qua mạch biến thiên thì trong mạch xuất hiện suất điện động cảm ứng ec

Vậy từ thông qua mạch lúc này được xác định như thế nào?Ф = NBScosα = NBScos(ωt)

n

B

ω

Δ

α

Nếu mạch kín thì trong mạch sẽ xuất hiện đại lượng nào?

ec được xác định dựa vào định luật Fa-ra-đây: Độ lớn của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên từ thông qua mạch kín đó.

Vì mạch kín nên trong mạch sẽ suất hiện dòng điện cảm ứng.

Và cuộn dây có điện trở nên i được xác định theo công thức:

i = e / R

e = - dФ / dt = NBSsinωt (12.2)

(12.3) i = (NBS / R).sinωt Dòng điện i trong công thức (12.3) là dòng điện xoay chiều với tần số góc ω và i là cường độ tức thờiDựa vào biểu thức (12.3) em nào có thể nêu giá trị cực đại của dòng điện xoay chiều là bao nhiêu?

I0 = NBS / R (12.4)

ec được tính dựa vào định luật nào? Và định luật đó dược phát biểu như thế nào?

II. Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều

III. Giá trị hiệu dụng

1. Đặt vấn đề:

Thực nghiệm chứng minh được dòng điện xoay chiều cũng có hiệu ứng toả nhiệy Jun-Lenxơ nên khi cho dòng điện xoay chiều chạy qua một đoạn dây dẫn có điện trở R thì dây dẫn nóng lên, chứng tỏ có nhiệt lượng toả ra trong dây dẫn và nhiệt lượng này chính là lượng điện năng tiêu thụ trong R

Chú ý: cường độ dòng điện tạo ra trong kĩ thuật phải có cùng tần số thống nhất thì các thiết bị dòng xoay chiều mới ghép nối với nhau được.

2. Cường độ dòng điện hiệu dụng

Nếu i = I0cosωt là cường độ dòng điện tức thời chạy qua R thì công suất tiêu thụ trong R được tính như thế nào?

p = Ri2 = R I02cos2ωt (12.5)

Em có nhận xét gì về giá trị của p?

Vì hàm cos2 ωt là một hàm tuần hoàn nên p biến thiên tuần hoàn theo t, vì vậy p được gọi là công suất tức thời. Do đó khi tính điện năng tiêu thụ người ta tính giá trị trung bình của p trong một chu kì T.

p = RI02 cos2ωt (12.6)

Chú ý: Giá trị trung bình của một số hàm lượng giác trong một chu kì T là

sinωt = 0; cos ωt = 0

sin2 ωt = (1/2) [1 – cos(2ωt )] =1/2

cos2 ωt = (1/2) [1+ cos(2ωt) ] = 1/2

Do đó giá trị trung bình của p là: p = p = (1/2)RI02

(12.7)

p = RI02 cos2ωt (12.6)

Công thức (12.7) có về đưa về dạng biểu thức của định luật Jun trong dòng điện xoay chiều. Em nào có thể viết được biểu thức này?

P = RI2 (12.8)

2. Cường độ dòng điện hiệu dụng

p = p = (1/2)RI02 (12.7)

P = RI2 (12.8)So sánh hai biểu thức (12.7) và (12.8) em rút ra được điều gì?

2

II

202 Hay: 2

II 0 (12.9)

Đại lượng I được gọi là giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều (cường độ hiệu dụng)

Định nghĩa: Cường độ hiệu dụng của dòng xoay chiều là đại lượng có giá trị bằng cường độ của một dòng không đổi, sao cho khi đi qua cùng một điện trở R thì công suất tiêu thụ trong R bởi dòng điện không đổi ấy bằng công suất trung bình tiêu thụ trong R bởi dòng điện xoay chiều nói trên.

2. Cường độ dòng điện hiệu dụng

3. Giá trị hiêu dụng

Các đại lượng khác đối với dòng điện xoay chiều cũng là hàm sin hoặc cosin theo t thì người ta cũng dùng định nghĩa các giá trị hiệu dụng tương ứng như: điện áp hiệu dụng, suất điện động hiệu dụng...

Vậy: giá trị hiệu dụng = giá trị cực đại / √2

Vì sử dụng các giá trị hiệu dụng để tính toán các mạch điện xoay chiều rất thuận vì các công thức của nó tương đương với dòng một chiều không đổi. Vì thế các giá trị ghi trren các thiết bị điện là các giá trị hiệu dụng.

CỦNG CỐ

C4: Tính điện năng tiêu thụ của dòng điện xoay chiều trên điện trở R trong 1h?

Đáp án: A = p . t = p .1= pC5: Mạch điện xoay chiều có ghi 220V. Hãy tính giá trị cực đại của điện áp?

Đáp án: U0 = U.√2 = 220. √2 ≈ 311V

Tính giá trị trung bình theo t của:

a/ 2 sin100лt; b/ 2cos100лt; c/ 2 sin(100лt + л/6)

d/ 4sin2100лt; e/ 3cos(100лt-л/3);

Đáp án: a/ 0; b/ 0; c/ 0; d/ 2; e/ 0

HƯỚNG DẪN VỀ NHÀ

Những kiến thức cần phải nắn kĩ qua tiết học này là:

- Biểu thức cường độ dòng tức thời và ý nghĩa của các đại lượng trong biểu thức.

- Công thức tính các giá trị hiệu dụng của các đại lượng điện trong dòng điện xoay chiều

Bài tập về nhà: Làm tất cả các bài tập trong SGK/ 66

Ôn lại các công thức về tụ điện và suất điện động tự cảm