Lớp 12 Vật Lí 12

Đại cương về dòng điện xoay chiều

Khoahoc xin gửi tới bạn đọc bài viết Lý thuyết Vật lý 12 bài 12: Đại cương về dòng điện xoay chiều. Mời các bạn cùng theo dõi chi tiết bài viết dưới đây nhé

I. Điện áp và dòng điện xoay chiều

Như chúng ta đã biết, khi một khung dây quay đều trong một từ trường đều thì sinh ra một suất điện động xoay chiều biến thiên điều hòa theo thời gian.

Bây giờ, ta lấy điện áp ở hai đầu khung dây đặt vào 2 đầu một điện trở R

Đại cương về dòng điện xoay chiều

Khi đó, điện áp ở hai đầu điện trở cũng biến thiên điều hòa theo thời gian, ta đặt là: 

u = {U_0}\cos \left( {\omega t + \varphi } \right)

Theo định luật Ôm với đoạn mạch ta có cường độ qua mạch là 

i = \frac{u}{R} = \frac{{{U_0}}}{R}\cos \left( {\omega t + \varphi } \right)

Đặt {I_0} = \frac{{{U_0}}}{R} ta được i = {I_0}\cos \left( {\omega t + \varphi } \right)

Giả sử chiếu dương của dòng điện từ A đến B, như vậy:

  • Trong nửa chu kì đầu, i>0 => Dòng điện có chiều từ A đến B
  • Trong nửa chu kì tiếp theo, i<0 => Dòng điện có chiều từ B đến A
  • Chiều dòng diện thay đổi liên tục theo thời gian, nên ta gọi dòng điện có biểu thức:

i = {I_0}\cos \left( {\omega t + \varphi } \right)

là dòng điện xoay chiều, chính là dòng điện biến thiên điều hòa theo thời gian.

  • Điện áp có biểu thức u = {U_0}\cos \left( {\omega t + \varphi } \right) được gọi là điện áp xoay chiều

II. Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều

- Để tạo ra được suất điện động xoay chiều, người ta dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi cho khung dây có N vòng dây, có diện tích S, quay đều quanh trục của nó với tốc độ góc ω, trong một từ trường đều \overrightarrow B có phương vuông góc với trục quay thì trong khung dây xuất hiện một suất điện động cảm ứng. Tại thời điểm ban đầu góc giữa \overrightarrow B và vectơ pháp tuyến \overrightarrow n của mặt phẳng khung dây là φ 

Lý thuyết Vật lí 12 Bài 12: Đại cương về dòng điện xoay chiều (ảnh 1)

- Tại thời điểm t, từ thông qua cuộn dây:

\phi = N.B.S.\cos \alpha = N.B.S.\cos \left( {\omega t} \right)

Trong đó N là số vòng dây, S là diện tích của mỗi vòng.

- Khi đó trong mạch xuất hiện một suất điện động cảm ứng:

e = - \frac{{d\phi }}{{dt}} = N.B.S.\omega .\sin \left( {\omega t} \right)

- Nếu cuộn dây khép kín có điện trở R thì cường độ dòng điện cảm ứng là:

i = \frac{{N.B.S.\omega .\sin \left( {\omega t} \right)}}{R}

- Đây là dòng điện xoay chiều với tần số góc ω và biên độ là: {I_0} = \frac{{N.B.S.\omega }}{R}

III. Giá trị hiệu dụng

Để xác định và hiểu ý nghĩa của dòng điện hiệu dụng, ta xét công suất tỏa nhiệt của công dòng điện xoay chiều và đối chiếu với tác dụng của dòng điện không đổi tương ứng.

  • Công suất tỏa nhiệt tức thời:

\begin{matrix} p = {i^2}.R \hfill \\ = {\left[ {{I_0}\cos \left( {\omega t + \varphi } \right)} \right]^2}.R \hfill \\ = {I_0}^2.R{\cos ^2}\left( {\omega t + \varphi } \right) \hfill \\ \end{matrix}

  • Công tỏa nhiệt trung bình:

P = \overline p = \frac{{{I_0}^2R}}{2}

  • Đối chiếu với công suất tỏa nhiệt của dòng điện không đổi

P = {I^2}R \Rightarrow {I^2} = \frac{{{I_0}^2}}{2} \Rightarrow I = \frac{{{I_0}}}{{\sqrt 2 }}

ta gọi là cường độ dòng diện hiệu dụng

  • Tương tự ta có điện áp hiệu dụng U = \frac{{{U_0}}}{{\sqrt 2 }}

IV. Kết luận

Điện áp và dòng điện xoay chiều là đại lượng biến thiên điều hòa theo thời gian có dạng:

  • u = {U_0}\cos \left( {\omega t + \varphi } \right)
  • i = {I_0}\cos \left( {\omega t + \varphi } \right)

Khi xét đến điện áp và dòng điện xoay chiều ta cần phân biệt được giá trị tức thời, giá trị cực đại và giá trị hiệu dụng của mỗi đại lượng.

  Dòng điện Điện áp
Giá trị tức thời i u
Giá trị cực đại {I_0} = {i_{\max }} {U_0} = {u_{\max }}
Giá trị hiệu dụng I = \frac{{{I_0}}}{{\sqrt 2 }} U = \frac{{{U_0}}}{{\sqrt 2 }}
  • 31 lượt xem
Sắp xếp theo
🖼️
Xóa Gửi bình luận

Vật Lí 12