ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI TRƢỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI GGIIÁÁOO TTRRÌÌNNHH NNỘỘII BBỘỘ MMÔÔNN HHỌỌCC KKỸỸ TTHHUUẬẬTT ĐĐIIỆỆNN NGHỀ ĐÀO TẠO ĐIỆN DÂN DỤNG TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP LƢU HÀNH NỘI BỘ Năm 2020 1 LỜI[.]
ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI TRƢỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI GIÁO TRÌNH NỘI BỘ MƠN HỌC: KỸ THUẬT ĐIỆN NGHỀ ĐÀO TẠO: ĐIỆN DÂN DỤNG TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP LƢU HÀNH NỘI BỘ Năm 2020 LỜI GIỚI THIỆU Bài giảng Kỹ thuật điện đƣợc biên soạn sở chƣơng trình chi tiết mơn học Kỹ thuật điện nghề điện công nghiệp, đƣợc viết cho đối tƣợng đào tạo hệ cao đẳng trung cấp sử dụng đƣợc Bài giảng Điện kỹ thuật tập giảng kü thuËt sở nghề quan trọng chƣơng trình đào tạo cao đẳng trung cấp nghề.Vì nội dung bám sát chƣơng trình khung nghề nhằm đạt mục tiêu đào tạo nghề đồng thời tạo điều kiện cho ngƣời sử dụng tài liệu tốt hiệu Bài giảng đƣợc xây dựng với tham gia giáo viên khoa ĐiệnĐiện tử Trƣờng CĐ Lào cai Giáo trình đƣợc chia làm 03 chƣơng, đó: Chương 1: Cung cấp kiến thức phƣơng pháp biến đổi cơng thức tính tốn để giải mạch điện cụ thể nhƣ mạch điện chiều; xoay chiều pha ba pha Chương 2: Cung cấp kiến thức đảm bảo an toàn cho ngƣời thiết bị vận hành, kiểm tra sửa chữa thiết bị điện Cấp cứu đƣợc nạn nhân kỹ thuật xảy tai nạn điện Chương 3: Cung cấp kiến thức loại vật liệu điện để phục vụ cho công tác sửa chữa, thay Tác giả bày tỏ cảm ơn chân thành đến Ban giám hiệu, Phòng Đào tạo, Khoa Điện – Điện tử tạo điều kiện để giảng đƣợc hoàn thành Bài giảng biên soạn khó tránh khỏi thiếu sót, mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp từ đồng nghiệp bạn đọc để giảng ngày hoàn thiện MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU CHƢƠNG I: MẠCH ĐIỆN CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN 1.1 MẠCH ĐIỆN VÀ MƠ HÌNH MẠCH ĐIỆN 1.2 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG MẠCH ĐIỆN MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU 10 2.1 CÁC ĐỊNH LUẬT VÀ BIỂU THỨC CƠ BẢN TRONG MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU 10 2.2 CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI TƢƠNG ĐƢƠNG 16 2.3 CÁC PHƢƠNG PHÁP GIẢI MẠCH MỘT CHIỀU 22 DỊNG ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN 30 3.1 KHÁI NIỆM VỀ DỊNG ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN 30 3.2 CÁC ĐẠI LƢỢNG ĐẶC TRƢNG CỦA DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN 32 3.3 BIỂU DIỄN ĐẠI LƢỢNG HÌNH SIN BẰNG ĐỒ THỊ VECTO 33 3.4 GIẢI MẠCH XOAY CHIỀU HÌNH SIN 36 MẠNG BA PHA 51 4.1 KHÁI NIỆM CHUNG 51 4.2 SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY TRONG MẠNG BA PHA CÂN BẰNG 53 4.3 CÔNG SUẤT MẠNG BA PHA CÂN BẰNG 57 4.4 PHƢƠNG PHÁP GIẢI MẠNG BA PHA CÂN BẰNG 58 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG I 62 BÀI TẬP CHƢƠNG I 63 CHƯƠNG 2: AN TOÀN ĐIỆN 67 2.1 ẢNH HƢỞNG CỦA DÒNG ĐIỆN ĐỐI VỚI CƠ THỂ CON NGƢỜI 67 2.2 NGUYÊN NHÂN GÂY RA TAI NẠN VỀ ĐIỆN 70 2.3 CÁC BIỆN PHÁP SƠ CẤP CỨU CHO NẠN NHÂN KHI BỊ ĐIỆN GIẬT 72 2.4 CÁC BIỆN PHÁP BẢO VỆ AN TOÀN CHO NGƢỜI VÀ THIẾT BỊ KHI SỬ DỤNG ĐIỆN 75 2.5 TIÊU CHUẨN CẤP BẬC KỸ THUẬT AN TOÀN 83 2.6 CÁC BIỂN BÁO AN TOÀN VỀ ĐIỆN 85 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG II 92 CHƢƠNG III: VẬT LIỆU ĐIỆN 93 VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN 93 1.1.KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN 93 1.2 TÍNH CHẤT CHUNG CỦA VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN 95 1.3 NHỮNG HƢ HỎNG THƢỜNG GẶP VÀ CÁCH CHỌN VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN 99 1.4 MỘT SỐ VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN THÔNG DỤNG 100 VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN 112 2.1 KHÁI NIỆM VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN 112 2.2 TÍNH CHẤT CHUNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM 113 2.3 NHỮNG HƢ HỎNG THƢỜNG GẶP VÀ CÁCH CHỌN VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN 115 2.4 MỘT SỐ VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN THÔNG DỤNG 118 VẬT LIỆU DẪN TỪ 125 3.1 KHÁI NIỆM VÀ TÍNH CHẤT VẬT LIỆU DẪN TỪ 125 3.2 MỘT SỐ VẬT LIỆU DẪN TỪ THÔNG DỤNG 127 VẬT LIỆU BÁN DẪN 129 4.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI CHẤT BÁN DẪN 129 4.2 ỨNG DỤNG CHẤT BÁN DẪN 132 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG III 134 TẬP BÀI GIẢNG MƠN HỌC: KỸ THUẬT ĐIỆN Tên mơn học: Kỹ thuật điện Mã môn học: MH 07 I VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MƠN HỌC: - Vị trí mơn học: Mơn học đƣợc bố trí song song sau học sinh học xong môn học chung trƣớc môn học/ mô đun chuyên môn - Tính chất mơn học: Là mơn học lý thuyết sở bắt buộc II MỤC TIÊU MÔN HỌC: Kiến thức: - Vẽ đƣợc sơ đồ nguyên lý mạch điện, phân tích tính tốn đƣợc đại lƣợng điện mạch điện chiều; xoay chiều - Mô tả đƣợc tác dụng dòng điện thể ngƣời, nguyên nhân gây tai nạn điện, biện pháp cấp cứu ngƣời bị tai nạn điện giật biện pháp kỹ thuật an toàn điện - Mô tả đƣợc đặc điểm ứng dụng vật liệu dẫn điện, cách điện, dẫn từ, vật liệu kết cấu Kỹ năng: - Vận dụng cơng thức tính tốn cho mạch điện cụ thể tính tốn thơng số mạch điện cụ thể nhƣ mạch điện chiều; xoay chiều pha, xoay chiều ba pha - Vận dụng kiến thức đảm bảo an toàn vận hành, sửa chữa thiết bị điện Cấp cứu đƣợc nạn nhân xảy tai nạn điện - Lựa chọn loại vật liệu điện phục vụ cho công tác sửa chữa, thay Năng lực tự chủ trách nhiệm: - Nghiêm túc, chủ động học tập Ứng dụng kiến thức học vào thực tế CHƢƠNG I: MẠCH ĐIỆN I MỤC TIÊU CỦA CHƢƠNG: - Phát biểu đƣợc khái niệm, định luật, định lý mạch điện chiều, xoay chiều, mạch ba pha - Vận dụng biểu thức để tính tốn thơng số kỹ thuật mạch điện chiều, xoay chiều, mạch ba pha trạng thái xác lập - Vận dụng phƣơng pháp phân tích, biến đổi mạch để giải toán mạch điện hợp lý - Giải thích số ứng dụng đặc trƣng theo quan điểm kỹ thuật điện II NỘI DUNG CHI TIẾT CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN 1.1 MẠCH ĐIỆN VÀ MƠ HÌNH MẠCH ĐIỆN 1.1.1 Mạch điện Mạch điện tập hợp thiết bị điện nối với dây dẫn tạo thành vịng kín dịng điện chạy qua Mạch điện gồm phần tử nguồn điện, thiết bị tiêu thụ điện, dây dẫn ngồi cịn có thiết bị phụ trợ nhƣ: thiết bị đóng cắt, đo lƣờng, bảo vệ, tự động… Ví dụ: Sơ đồ mạch điện đơn giản nhƣ hình vẽ: a Nguồn điện - Là thiết bị để biến đổi dạng lƣợng nhƣ: Cơ năng, hoá năng, nhiệt năng, thuỷ năng, lƣợng nguyên tử…thành điện - Nguồn điện nguồn chiều xoay chiều + Nguồn chiều: Pin, acquy, máy phát điện chiều, + Nguồn xoay chiều: Lấy từ lƣới điện, máy phát điện xoay chiều,… - Các nguồn điện công suất lớn thƣờng đƣợc truyền tải từ nhà máy điện (nhiệt điện, thủy điện, điện nguyên tử ) - Các nguồn điện chiều thƣờng đƣợc đặc trƣng sức điện động E, điện trở r Với nguồn xoay chiều thƣờng biểu diễn công suất P (công suất máy phát) điện áp u Hình 1.2: Một số loại nguồn điện b Thiết bị tiêu thụ điện (Phụ tải) Là thiết bị sử dụng điện để chuyển hóa thành dạng lƣợng khác, nhƣ dùng để thắp sáng (quang năng), chạy động điện (cơ năng), dùng để chạy lò điện (nhiệt năng) Các thiết bị tiêu thụ điện thƣờng đƣợc gọi phụ tải (hoặc tải) ký hiệu điện trở R tổng trở Z Hình 1.3: Một số loại phụ tải thơng dụng c Dây dẫn Có nhiệm vụ liên kết truyền dẫn dòng điện từ nguồn điện đến nơi tiêu thụ Thƣờng làm kim loại đồng nhôm số vật liệu dẫn điện có điện dẫn suất cao khác d Các thiết bị phụ trợ: - Dùng để đóng cắt nhƣ: Cầu dao, công tắc, aptômát, máy cắt điện, công tắc tơ - Dùng để đo lƣờng: Ampe mét, vơn mét, ốt mét, cơng tơ điện… - Dùng để bảo vệ: Cầu chì, rơ le, … 1.1.2 Mơ hình mạch điện Khi tính tốn , mạch điện thực đƣợc thay sơ đồ gọi mô hình mạch điện, đó các phầ n tƣ̉ thƣ̣c đƣơ ̣c thay thế bằ ng các phầ n tƣ̉ lý tƣởng: E, J, R - Yêu cầu mô hình mạch điện: mơ hình mạch điện phải đảm bảo kết cấu hình học trình lƣợng giống nhƣ mạch điện thực - Một mạch thực có nhiều mơ hình mạch điện, điều tuỳ thuộc vào mục đích nghiên cứu điều kiện làm việc mạch điện a Phần tử điện trở Điện trở R đặc trƣng cho trình tiêu thụ điện biến đổi điện sang dạng lƣợng khác nhƣ nhiệt năng, quang năng, v…v Quan hệ dòng điện điện áp điện trở : UR =R.I (1.1) Đơn vị điện trở Ω (ôm) ; Công suất điện trở tiêu thụ: P = RI2 ; (1.2) R I UR - Điện tiêu thụ điện trở khoảng thời gian t là: A RI 2t (1.3) - Đơn vị điện Wh, KWh b Phần tử điện cảm - Khi có dịng điện i chạy qua cuộn dây có w vịng sinh từ thơng móc vòng qua cuộn dây: w (1.4) - Điện cảm cuộn dây đƣợc định nghĩa L w i i (1.5) - Sức điện động tự cảm: eL L di dt (1.6) - Đơn vị điện cảm H (Henri) Quan hệ dòng điện điện áp điện cảm: UL = - eL = - L di dt (1.7) UL: gọi điện áp rơi điện cảm Công suất cuộn dây: PL = UL.i = L.i di dt (1.8) i2 Năng lƣợng từ trƣờng tích lũy cuộn dây: WM = L (1.9) Nhƣ điện cảm L đặc chƣng cho tƣợng tích lũy lăng lƣợng từ trƣờng cuộn dây L i uL c Phần tử điện dung - Khi đặt điện áp uc lên tụ điện có điện dung C tụ đƣợc nạp điện với điện tích q: q CU C (1.10) - Quan hệ dòng điện điện áp điện dung C là: i= dq d C.U C d U = = c C dt dt dt UC = i.dt C 0 (1.11) - Công suất tụ điện: pC = UC.i = C.UC d U C d U C = C.UC dt dt - Năng lƣợng điện trƣờng tụ điện: WE = (1.12) U C2 C (1.13) Nhƣ điện dung C đặc trƣng cho tƣợng tích lũy lƣợng điện tụ diện Đơn vị điện dung là: F (Fara) F (1 F 106 F ); nF (1nF 109 F ) ; pF (1 pF 1012 F ) i C uC d Phần tử nguồn điện áp u(t) - Nguồn điện áp đặc trƣng cho khả tạo nên trì điện áp hai cực nguồn Chiều điện áp đƣợc quy định từ điểm có hiệu điện cao xuống điểm có hiệu điện thấp Chiều sức điện động đƣợc quy định từ điểm có điện thấp đến điểm có điện cao - Quan hệ sức điện động điện áp đầu cực nguồn: u(t)= e(t) u(t) e e Phần tử nguồn dòng điện j(t) Nguồn dòng đặc trƣng cho khả nguồn điện tạo nên trì dịng điện cung cấp cho mạch J(t) 1.2 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG MẠCH ĐIỆN 1.2.1 Dòng điện chiều qui ƣớc dòng điện Khi đặt vật dẫn điện trƣờng, dƣới tác dụng lực điện trƣờng, điện tích dƣơng di chuyển từ nơi có điện cao đến nơi có điện thấp hơn, cịn điện tích âm (các điện tử) di chuyển ngƣợc lại từ nơi có điện thấp đến nơi có điện cao tạo thành dòng điện Vậy: Dịng điện dịng điện tử chuyển dời có hướng tác dụng lực điện trường * Chiều quy ƣớc dòng điện: Theo quy ƣớc: chiều dòng điện chiều chuyển rời điện tích dƣơng + Trong kim loại : Dòng điện dòng điện tử chuyển dời có hƣớng Vì điện tử di chuyển từ nơi có điện thấp đến nơi có điện cao nên dịng điện tử ngƣợc với chiều quy ƣớc dòng điện + Trong dung dịch điện ly : Dòng điện dòng ion chuyển dời có hƣớng Nó gồm có hai dịng ngƣợc chiều là: Dịng ion dương có chiều theo chiều quy ƣớc điện trƣờng dòng ion âm có chiều ngƣợc chiều quy ƣớc Các ion dƣơng di chuyển từ Anốt (cực dương) Catôt (cực âm) nên gọi Cation, ion âm di chuyển từ catốt Anôt nên gọi Anion + Trong mơi trường chất khí bị ion hố : Dịng điện dòng ion điện tử chuyển dời có hƣớng Nó gồm có dịng ion dƣơng theo chiều điện trƣờng từ Anốt Catốt, dòng ion âm điện tử ngƣợc chiều điện trƣờng từ Catốt Anốt Nhƣ vật dẫn, dòng điện từ nơi có điện cao đến nơi có điện thấp, nguồn điện ngƣợc lại dịng điện từ cực có điện thấp đến cực có điện cao 1.2.2 Cƣờng độ dịng điện Đại lƣơng đặc trƣng cho độ lớn dòng điện đƣợc gọi Cƣờng độ dòng điện, ký hiệu I (hoặc i) Cƣờng độ dòng điện lƣợng điện tích qua tiết diện dây dẫn đơn vị thời gian (tính giây) Ta có: I= q t (1.11) Trong đó: I: Cƣờng độ dịng điện, đơn vị ampe (A) t: thời gian, đơn vị giây (s) q: lƣợng điện tích, đơn vị culong (C) 1.2.3 Mật độ dòng điện Mật độ dòng điện đại lƣợng đo tỉ số dòng điện qua dây dẫn tiết diện dây: j I S (1.12) Nếu S = j = I Vậy mật độ dịng điện cƣờng độ dịng điện qua đơn vị tiết diện dây I (A), S (mm2) nên j đơn vị ( A mm2 ) Cƣờng độ dòng điện dọc theo đoạn dây dẫn khơng đổi chỗ dây dẫn có tiết diện nhỏ mật độ dịng điện lớn ngƣợc lại MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU 2.1 CÁC ĐỊNH LUẬT VÀ BIỂU THỨC CƠ BẢN TRONG MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU 2.1.1 Định luật Ơm * Định luật ơm cho đoạn mạch: Dòng điện 1đoạn mạch tỷ lệ thuận với điện áp đầu đoạn mạch tỷ lệ nghịch với I U R - + điện trở đoạn mạch * Công thức: I = U R U = I R (1.13) Điện áp đặt vào điện trở ( gọi sụt áp điện trở) tỷ lệ thuận với trị số điện trở dịng điện qua điện trở * Định luật ơm cho tồn mạch Có mạch điện khơng phân nhánh nhƣ hình vẽ: - Nguồn điện có sức điện động E, điện trở nguồn r0 - Phụ tải có điện trở R - Điện trở đƣờng dây Rd r0 Áp dụng định luật ôm cho đoạn mạch ta có: I Rd E Ud U R R0 - Sụt áp phụ tải: U = I.R - Sụt áp đƣờng dây Ud = I.Rd - Sụt áp điện trở nguồn U0 = I r0 Muốn trì đƣợc dịng điện I sức điện động nguồn phải cân với sụt áp mạch E = U +U1 +U0 = I.( R + Rd + r0) = I R R = R + R d + r0 Vậy dòng điện mạch tỉ lệ thuận với sức điện động nguồn tỉ lệ nghịch với điện trở toàn mạch I= E E R r0 R (1.14) 10 Phát biểu định luật Ơm: Dịng điện qua đoạn mạch tỷ lệ thuận với điện áp hai đầu đoạn mạch, tỉ lệ nghịch với điện trở đoạn mạch 2.1.2 Công suất điện mạch chiều a Công của dòng điê ̣n Công của dòng điê ̣n công lực điện c huyể n dich ̣ các điê ̣n tić h ma ̣ch điê ̣n Giả sử đoạn mạch có điện áp U , dòng điện I , thời gian t lƣơ ̣ng điê ̣n tić h chuyể n qua đoa ̣n ma ̣ch là : q = I.t (1.15) Tƣ̀ đinh ̣ nghi ã về điê ̣n áp ta thấ y công của lƣ̣c bằ ng tić h của điê ̣n tić h di chuyể n qua đoa ̣n ma ̣ch A = q.U = U.I.t (1.16) Trong đo lƣờng ta thƣờng dùng đon vi ̣của công là Jun ký hiê ̣u là J Vây: Công của dòng điê ̣n sản mô ̣t đoa ̣n ma ̣ch tỷ lê ̣ với điê ̣n áp hai đầ u đoa ̣n ma ̣ch, dòng điện qua mạch thời gian trì dịng điện b Cơng ś t của dòng điê ̣n Cơng suất dịng điện cơng dòng điện thực đƣợc 1đơn vị thời gian P A U I t U I t t (1.17) Vâ ̣y công suấ t của dòng điê ̣n mô ̣t đoa ̣n ma ̣ch tỷ lê ̣ với điê ̣n áp ở hai đầ u đoa ̣n ma ̣ch và dòng điê ̣n qua ma ̣ch P = U.I = I2.R = U2 R (1.18) Đơn vi ̣của công suấ t ngƣời ta dùng đơn vi ̣đo là: Oát ký hiệu W, KW, MW c Công suấ t của nguồ n điê ̣n Công của nguồ n điê ̣n là số đo lƣơ ̣ng chuyể n hóa các da ̣ng lƣơ ̣ng khác thành điện năng, đƣợc tính theo cơng thƣ́c: Pt = E.I (1.19) Vậy : công suấ t của nguồ n điê ̣n bằ ng tích số giƣ̃a sƣ́c điê ̣n đô ̣ng nguồn và dòng điê ̣n qua nguồ n d Điện mạch điện chiều Điện tiêu thụ mạch điện chiều ký hiệu A: A = P.t Trong đó: P: cơng suất mạch điện (W) t: thời gian dòng điện mạch (h) Vì đơn vị điện ốt-giờ (Wh), KWh, MWh Ví dụ1: Một bóng đèn ghi 220 V, 100W 1) Gải thích ký hiệu 11 (1.20) 2) Tính điện trở bóng đèn (ở trạng thái làm việc) 3) Nếu bóng đèn đặt vào điện áp U‟ = 110V cơng suất tiêu thụ bóng đèn bao nhiêu? giả thiế t điện trở bóng đèn khơng đổi? Giải 1) Bóng đèn ghi 220V, 100W nghĩa điện áp làm việc ứng với 220V đèn làm việc bình thƣờng, đảm bảo tính kỹ thuật theo quy định nhà chế tạo cơng suất tiêu thụ 100W 220V - điện áp định mức bóng đèn, kí hiệu Uđm 100W - cơng suất định mức đèn kí hiệu Pđm 2) Điện trở đèn trạng thái làm việc bình thƣờng đƣợc tính theo cơng thức: r U đm 220 484 Pđm 100 3) Gọi công suất tiêu thụ ứng với điện áp U‟ P‟ ứng với điện áp định mức Pđm ta có: Pđm = U '2 U đm P ' U '2 P‟ = ta rút k2 r r Pđm U đm Với ta giả thiết r không đổi Vậy công suất tiêu thụ đèn ứng với điện áp U‟ = 110V P‟ = Pđm.k2 = 100.( 110 ) = 25W 220 Ví dụ 2: Một pin có sđđ E = 6V cung cấp cho bóng đèn có R = 10 Dịng điện qua đèn I = 0,4A Tính cơng suất tổn hao điện trở pin trị số điện trở Điện trở dây nối khơng đáng kể Giải - Công suất phát nguồn PPt = E.I = 0,4 =2,4W - Cơng suất tiêu thụ bóng đèn P = I2.R = 0,42.10 = 1,6 W - Cơng suất tổn hao điện trở bóng: P0 = PPt – P = 2,4 -1,6 =0,8 W - Điện trở pin: r0 = P0 0,8 5 I 0,4 2.1.3 Định luật Jun – Lenxơ Định luật hai nhà Bác học Jun (người Anh) Lenxơ (người Nga) tìm thực nghiệm năm 1844 nên ngƣời ta gọi định luật Jun - Lenxơ Phát biểu định luật: Nhiệt lƣợng dòng điện toả điện trở tỷ lệ với bình phƣơng dịng điện, với trị số điện trở thời gian dòng điện chạy qua Q = 0,24A = 0,24.I2.R.t (Calo) 1J = 0,24 calo Q = R.I2.t (Jun) 12 (1.21) (1.22) Ứng dụng: Tác dụng nhiệt dòng điện đƣợc ứng dụng rộng rãi để làm dụng cụ đốt nóng dịng điện nhƣ đèn điện có sợi nung, bếp điện, bàn điện, lò sấy lò luyện điện tử,… Nguyên tắc có dụng cụ dùng phần tử đốt nóng dịng điện chạy qua Nhiệt toả phần tử đốt nóng gia nhiệt phận dụng cụ, phát sáng đèn sợi nung Dòng điện qua dây dẫn toả nhiệt theo định luật Jun - Lenxơ Nhiệt lƣợng đốt nóng dây dẫn, dây dẫn nóng lên nhiệt độ cao nhiệt độ bên ngịai mơi trƣờng Dây nóng nhiệt độ toả ngồi mơi trƣờng lớn Đến lúc nhiệt lƣợng toả môi trƣờng giây nhiệt lƣợng sinh dịng điện nhiệt độ dây dẫn khơng tăng nữa, ta gọi nhiệt độ ổn định hay nhiệt độ làm việc dây dẫn 2.1.4 Định luật Faraday * Hiện tượng điện phân Khi có dịng qua dung dịch muối ăn Catốt + Anốt anion Cl- cực dƣơng (anốt) cation Na+ I I cực âm (catốt) Tại cực dƣơng Cl - nhƣờng bớt điện tử cho điện cực trở thành nguyên tử Cl trung hoà Tại cực âm Na+ thu thêm điện tử điện cực trở thành nguyên tử Na giải phóng cực âm Kết phần tử muối ăn bị dịng điện phân tích thành Cl cực dƣơng Na cực âm Nếu dung dịch điện phân muối đồng cực âm thu đƣợc kim loại đồng Nhƣ vậy: Khi dòng điện qua chất điện phân, xảy tƣợng phân tích chất điện phân, giải phóng kim loại hiđrơ cực âm Đó tƣợng điện phân * Định luật Farday: Khối lƣợng chất thoát cực điện tỷ lệ với điện tích chuyển qua chất điện phân: m = k.q = k.I.t (2.23) Ở đây, m khối lƣợng chất thoát điện cực ; q = I.t điện tích qua dung dịch (Culông) ; k : Là đƣơng lƣợng điện hóa chất đƣợc giải phóng Nếu q = 1Culơng k = m Vậy đƣơng lƣợng điện hóa chất khối lƣợng chất điện cực có Culơng qua dung dịch * Ứng dụng tượng điện phân * Luyện kim: Trong luyện kim, tƣợng điện phân đƣợc ứng dụng để tinh chế điều chế số kim loại Muốn tinh chế kim loại, ngƣời ta ứng dụng tƣợng cực dƣơng ta Chẳng hạn, để tinh chế đồng, ngƣời ta dùng đồng cần tinh chế làm điện cực dƣơng, dung 13 dịch điện phân muối đồng tan Khi dòng điện qua dung dịch, đồng bị hịa tan dần, điện cực hình thành lớp đồng tinh khiết Để điều chế kim loại (luyện kim) dòng điện, ngƣời ta tiến hành điện phân quạng kim loại nóng chảy dung dịch muối chúng Chẳng hạn, để luyện nhôm, ngƣời ta điện phân quạng bâu xít (nhơm xít Al2O3) nóng chảy criolit, để luyện natri ngƣời ta điện phân muối ăn (NaCl) nóng chảy * Mạ điện: Mạ điện phƣơng pháp dùng dòng điện để phủ lên đồ vật lớp kim loại không gỉ nhƣ bạc, vàng, Muốn mạ vật đó, cần làm bề mặt cần mạ, nhúng vào bình điện phân làm thành cực âm Cực dƣơng thỏi kim loại lớp mạ (nhƣ bạc, vàng, ) Dung dịch điện phân muối tan kim loại mạ Khi dòng điện qua dung dịch, lớp kim loại mạ phủ kín bề mặt vật cần mạ, cịn cực dƣơng bị mòn dần Tùy theo cƣờng độ thời gian dịng điện qua mà ta có lớp kim loại phủ mỏng hay dầy 2.1.5 Hiện tƣợng nhiệt điện * Hiện tượng nhiệt điện Mỗi kim loại có mật độ điện tử tự (tức số điện tử tự đơn vị thể tích) định Mật độ kim loại khác khác Khi cho hai kim loại khác tiếp xúc K1 K2 có khuếch tán điện tử qua chỗ tiếp xúc Giả sử kim loại K1 có mật độ điện tử tự lớn K2 Khi đó, điện tử tự từ K1 khuếch tán sang K2 kết K1 tích điện dƣơng (vì thiếu điện tử), K2 tích điện âm (vì thừa điện tử), hình thành nên điện trƣờng mặt tiếp xúc, có hiệu điện Utx gọi hiệu điện tiếp xúc A K1 + -+++- Utx1 K2 C G Utx a) K1 D Utx2 B b) K2 Hình 1.4 Sự khuếch tán điện tử qua chỗ tiếp xúc (a) Sự hình thành hiệu điện tiếp xúc s.đ.đ nhiệt điện (b) Hiệu điện tiếp xúc phụ thuộc vào yếu tố sau: - Bản chất kim loại tiếp xúc K1, K2 Kim loại khác mật độ điện tử khác nhau, mức độ khuếch tán điện tử qua lớp tiếp xúc khác - Nhiệt độ chỗ tiếp xúc Khi nhiệt độ tăng mức độ khuếch tán tăng lên Bằng thực nghiệm ngƣời ta thấy khoảng nhiệt độ không lớn lắm, hiệu điện 14 tiếp xúc tỉ lệ với nhiệt độ tuyệt đối chỗ tiếp xúc: Utx = C.T (1.24) o Trong đó: T nhiệt độ tuyệt đối chỗ tiếp xúc, K: T(oK) 273 + (oC) (1.25) C hệ số nhiệt điện, phụ thuộc vào kim loại tiếp xúc, chẳng hạn: Tiếp xúc đồng – côngstangtan, C = 41,8V/độ ; Tiếp xúc Platin- Platinpharod, C = 6,4V/độ Để lấy đƣợc hiệu điện tiếp xúc, ta phải nối kín mạch hai dầu hình thành mối nối tiếp xúc A, B Gọi nhiệt độ mối A T1, mối B T2 hiệu điện tiếp xúc mối là: Utx1 = CT1 = C.(273+1) (1.26) Utx2 = CT2 = C(273+2) Trong mạch kín có sức điện động gọi sức điện động nhiệt điện E hiệu hai điện tiếp xúc: E = Utx1 – Utx2 = C(T1 – T2) = C.(1 - 2) (1.27) Sức điện động nhiệt điện tỷ lệ thuận với độ chênh nhiệt độ hai đầu tiếp xúc phụ thuộc vào chất kim loại tiếp xúc: Nếu 1 = 2 Etx = Chính thế, coi mối tiếp xúc A B nhiệt độ sức điện động nhiệt điện hai mối tạo không * Ứng dụng tượng nhiệt điện – Pin nhiệt điện Hiệu ứng nhiệt điện đƣợc ứng dụng để chế tạo pin nhiệt điện hay cặp nhiệt điện Pin nhiệt điện gồm có hai kim loại (hay bán dẫn) khác nhau, đƣợc hàn với đầu, đặt vào nơi có nhiệt độ cao (gọi đầu nóng), cịn đầu đặt nơi có nhiệt độ thấp (gọi đầu lạnh), sức điện động nhiệt đện pin đƣợc dùng để đo lƣờng hay phát điện.Trên hình 1.5 vẽ nhiệt kế dùng pin nhiệt điện Đầu a đặt vào nơi có nhiệt độ cần đo, đầu b tiếp xúc với môi trƣờng Coi nhiệt độ môi trƣờng không đổi sức điện động pin sinh tỉ lệ với nhiệt độ điểm a, nên cấu đo G cho biết nhiệt độ cần đo a G b Hình 1.5: Đo nhiệt độ pin nhiệt điện 15 2.2 CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI TƢƠNG ĐƢƠNG 2.2.1 Điện trở ghép nối tiếp, song song 2.2.1.1 Điện trở ghép nối tiếp * Ghép nối tiếp điện trở cách ghép cho có dây điện chạy qua tất điện trở (mạch điện không phân nhánh) A - Điện trở tƣơng đƣơng điện trở R 1, R2, R3… mắc nối tiếp là: Rtđ = R1+ R2 + R3 I R1 B R2 C U1 U2 R3 D U3 U (1.28) Nếu có n điện trở mắc nối tiếp thì: Rtđ = R1 + R2 + …Rn U = U1 + U2 +… Un (1.29) * Ví dụ 1: Hộp điện trở gồm điện trở: R1 = ; R2 = ; R3 = ; R3 = nối tiếp Mỗi điện trở nối tắt cực Xác định điện trở tƣơng đƣơng hộp điện trở khi: a, Nối tắt cực R2 b, Không nối tắt cực điện trở Giải: a, Khi nối tắt cực R2 mạch điện trở R1, R3, R4 đấu nối tiếp Rtđ = R1+ R3 + R4 = 1+3+4 = b, Khi không nối tắt điện trở mạch có điện trở R1, R2, R3, R4 đấu nối tiếp Rtđ = R1+ R2 + R3 + R4 = 1+2+3+4 = 10 * Ví dụ 2: Cần bóng đèn 24V, 12W đấu nối tiếp để đặt vào điện áp U = 120V? Tính điện trở tƣơng đƣơng mạch Gải Bóng đèn 24V khơng đấu trực tiếp với điện áp 120V đƣợc mà ta phải đấu nối tiếp nhiều bóng để đảm bảo điện áp bóng đèn không vƣợt điện áp định mức bóng đền 24V Vì bóng đèn giống nên đấu nối tiếp điện áp đặt vào bóng nhƣ Vậy số bóng cần đấu là: n≥ 110 5, ta lấy n = bóng 24 Điện trở bóng: U đm 24 r 48 Pđm 12 Điện trở tƣơng đƣơng toàn mạch là: rtđ = n.r = 5.48 = 240 2.2.1.2 Điện trở ghép song song 16 * Ghép song song điện trở cách ghép cho tất điện trở đặt vào điện áp Ghép song song cách ghép phân nhánh, nhánh có điện trở Dịng điện mạch chính: I = I1 +I2 +… +In (1.30) Điện trở tƣơng đƣơng điện trở R1, R2 …Rn mắc song song đƣợc tính: 1 1 Rtd R1 R2 Rn (1.31) *Các trƣờng hợp riêng: - Hai điện trở đấu song song: (R1// R2) R1.R2 R1 R2 Rtđ = (1.32) - Ba điện trở đấu song song ( R1// R2//R3) Rtđ = R1.R2 R3 R1.R2 R1.R3 R2 R3 (1.33) - Các điện trở đấu song song R1 = R2 = … = Rn = R; Rtđ = R n (1.34) * Ví dụ 1: Có điện trở R1 = 60 ; trở tƣơng đƣơng R2 = 120 ; R3 = 150 đấu song song Tính điện Giải: Rtđ= 60.120.150 R1.R2 R3 = = 31,6 R1.R2 R1.R3 R2 R3 60.120 60.150 150.120 * Ví dụ 2: Tính điện trở tƣơng đƣơng đoạn mạch AD nhƣ hình vẽ biết: R1 = 0,12 ; R2 = ; R3 =10 ; R4 = 20 ; R5 =50 17 Giải: - Điện trở tƣơng đƣơng đoạn mạch BC: RBC = R3 R4 R5 R3 R4 R3 R5 R4 R5 10.20.50 5.88 ( ) 10.20 10.50 20.50 - Điện trở tƣơng đƣơng đoạn mạch AD RAD = R1 + R2 + RBC = 0,12 + + 5,88 = 2.2.2 Biến đổi - Y Y - 2.2.2.1 Biến đổi (Y) thành tam giác () Giả thiết có điện trở R1, R2, R3, nối với theo hình (Y) Biến đổi điện trở đấu thành điện trở đấu với theo hình tam giác theo cơng thức sau: 1 R1 R31 R3 R12 R2 R23 2 Hình 1.5: Mạch biến đổi điện trở thành tam giác R12 R1 R2 R R R R R1.R2 ; R23 R2 R3 ; R31 R3 R1 R3 R1 R2 Khi hình đối xứng: R1 = R2 = R3 = R ta có: R12 = R23 = R31 2.2.2.2 Biến đổi tam giác () thành (Y) 18 (1.35) 1 R31 R1 R3 R12 R23 R2 2 Hình 1.6 : Mạch biến đổi tam giác thành Giả thiết có điện trở R12, R23, R31, nối với theo hình tam giác () Biến đổi điện trở đấu tam giác thành điện trở đấu với theo hình theo cơng thức sau: R1 R12 R31 R23 R12 ; R2 ; R12 R23 R31 R12 R23 R31 R3 R31.R23 R12 R23 R31 (1.36) Khi tam giác đối xứng: R12 = R23 = R31 = R Thì: R1 = R2 = R3 = R/3 * Ví dụ: Tính dịng điện I chạy qua nguồn mạch hình cầu (hình vẽ) Biết R1 = 12 , R2 = R3 =6 , R4 =21 , R0 =18 , Rn = , E= 240V Rn R2 R1 E Rn A B R0 R3 RA C E R1 O B R4 C R3 D R4 D Giải: RA = R1.R2 12.6 2 R1 R2 R0 12 18 RB = R1.R0 12.18 6 R1 R2 R0 12 18 RC = R0 R2 18.6 3 R1 R2 R0 12 18 Điện trở tƣơng đƣơng ROD đoạn mạch OD gồm nhánh song song ROD = R2 ( RB R3 ).( RC R4 ) (6 6).(3 21) 8 RB R3 RC R4 21 Điện trở tƣơng đƣơng toàn mạch: 19 ... giảng Kỹ thuật điện đƣợc biên soạn sở chƣơng trình chi tiết mơn học Kỹ thuật điện nghề điện công nghiệp, đƣợc viết cho đối tƣợng đào tạo hệ cao đẳng trung cấp sử dụng đƣợc Bài giảng Điện kỹ thuật. .. gia giáo viên khoa Điện? ?iện tử Trƣờng CĐ Lào cai Giáo trình đƣợc chia làm 03 chƣơng, đó: Chương 1: Cung cấp kiến thức phƣơng pháp biến đổi cơng thức tính tốn để giải mạch điện cụ thể nhƣ mạch điện. .. mạch điện hợp lý - Giải thích số ứng dụng đặc trƣng theo quan điểm kỹ thuật điện II NỘI DUNG CHI TIẾT CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN 1.1 MẠCH ĐIỆN VÀ MƠ HÌNH MẠCH ĐIỆN 1.1.1 Mạch điện Mạch điện