Tài liệu tham khảo vật lý 12 - dòng điện xoay chiều. Tài liệu cung cấp một số dữ liệu về dòng điện xoay chiều, có thể bổ trợ một số năng lực của học sinh.
Trang 1Chương III: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU
I/ Mạch điện xoay chiều:
1/ Định nghĩa, biểu thức của cường độ dòng điện và điện áp tức thời:
- Dòng điện xoay chiều là dòng điện có cường độ biến thiên điều hoà theo thời gian:i = I0cos(ωt + φi )
i là giá trị cường độ dòng điện tại thời điểm t = cường độ tức thời.I0 > 0 là giá trị cực đại của i = Cường độ cực đại.
ω > 0 là tần số góc của dòng điện.(ωt + φi) là pha của i tại thời điểm t
φi là pha ban đầu của cường độ dòng điện.
- Điện áp xoay chiều (hay hiệu điện thế xoay chiều) biến thiên điều hòa theo thời gian:
u = U0cos(ωt + u)
u là giá trị điện áp tại thời điểm t: điện áp tức thời.U0 >0 là giá trị cực đại của u: Điện áp cực đại.ω > 0 là tần số góc.
(ωt + φu ) là pha của u tại thời điểm tφu là pha ban đầu của điện áp u.
- Độ lệch pha giữa điện áp u và cường độ dòng điện i: = u i
- Chu kì của dòng điện xoay chiều: T = 2
- Tần số dòng điện: f = 1
T
2/ Định nghĩa cường độ hiệu dụng I của dòng điện xoay chiều: Cường độ hiệu dụngcủa dòng điện xoay chiều là đại lượng có giá trị bằng cường độ của một dòng điệnkhông đổi, sao cho khi đi qua cùng một điện trở R thì công suất tiêu thụ trong R bởidòng điện không đổi ấy bằng công suất trung bình tiêu thụ trong R bởi dòng điệnxoay chiều nói trên.
+ Giá trị hiệu dụng bằng giá trị cực đại chia cho 2 Suất điện động hiệu dụng E0
E2 ; Điện áp hiệu dụng U0
U2 ;
Trang 2Cường độ dòng điện hiệu dụng I0I
3/ Các mạch điện xoay chiều chỉ chứa R, hoặc cuộn thuần cảm L, hoặc tụ điện C:Mạch Các công thức tính
điện trở, giản đồFresnel
Độ lệch pha giữa u và iBiểu thức u & i
Định luậtOhm
Công suất & Hệsố công suất
R
= 0 : u cùng pha với i + Biểu thức u & i Nếu u = U0cost thì i = I0cost
P = UIP = I2Rcos = 1
ZL = L: Cảm kháng
=
: u luôn luônnhanh pha hơn i mộtlượng
+ Biểu thức u & i - Nếu u = U0cost thì i = I0cos(t
)- Nếu i = I0cost Thì u = U0cos(t +
P = 0cos = 0
: u luôn luônchậm pha hơn i mộtlượng
+ Biểu thức u & i - Nếu u = U0cost thì i = I0cos(t +
)- Nếu i = I0cost thì u = U0cos(t
CU
Trang 3Mạch Các công thức tínhtổng trở và điện áp,
giản đồ Fresnel
Độ lệch pha giữa u và iBiểu thức u & i
Đ/L Ohm Công suất & Hệsố công suất
R nt L
> 0 : u nhanh phahơn i
+ Biểu thức u & i - Nếu u = U0cost thì i = I0cos(t )- Nếu i = I0cost thì u = U0cos(t + )
ZUI
P = UIcosP = I2Rcos = R/Z
R nt
ZRZ
: u luôn luônchậm pha hơn i
+ Biểu thức u & i - Nếu u = U0cost thì i = I0cos(t )- Nếu i = I0cost thì u = U0cos(t + )
ZUI
P = UIcosP = I2Rcos = R/Z
L nt C
)(ZLZCZ
= Z LZC
ZL > ZC u nhanh phahơn i một lượng /2.ZL < ZC u chậm phahơn i một lượng /2Nếu u = U0cost thì i = I0cos(t /2)Nếu i = I0cost
thì u = U0cos(t /2)
cos = 0
RU
Trang 4U U U
Z
U2UR2(UL UC)2
ZL > ZC: u nhanh phahơn i một lượng là .ZL < ZC: u chậm phahơn i một lượng là .ZL = ZC: u cùng phavới i.
Nếu u = U0sint thì i = I0sin(t )Nếu i = I0sint thì u = U0sin(t + )
P = I2Rcos = R/Z
ZL > ZC :u nhanh phahơn i.
ZL < ZC : u chậm phahơn i.
ZL = ZC: u cùng phavới i.
Nếu u = U0sint thì i = I0sin(t )Nếu i = I0sint thì u = U0sin(t + )
ZUI
P = UIcosP = I2Rcos = R Zr
UUCU
Trang 5Lưu ý các trường hợp mạch ghép R hoặc L hoặc C:
ZC = ZC1 + ZC2
ZL = ZL1 + ZL2
5/ Hiện tượng cộng hưởng:
Khi R không đổi, nếu cường độ dòng điện trong mạch đạt giá trị cực đại thì trong
b/Nguyên tắc hoạt động: Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.
c/ Cấu tạo: Máy biến áp gồm cuộn sơ cấp có N1 vòng dây, cuộn thứ cấp có N2 vòngdây, được quấn trên cùng một lõi biến áp (khung sắt non pha silic).
d/ Sự biến đổi điện áp và cường độ dòng điện:
+ Nếu điện trở của các cuộn dây có thể bỏ qua thì điện áp hiệu dụng ở hai đầumỗi cuộn dây tỉ lệ với số vòng dây: 22
U N - 2
N > 1: Máy tăng áp; 21N
+ Cuộn dây nào có dòng điện có cường độ lớn hơn thì tiết diện dây của cuộnđó lớn hơn.
2/ Truyền tải điện năng:
2
Trang 6+ Công suất hao phí trên đường dây tải điện là 2 2
(U cos )
Trong đó P làcông suất phát từ nhà máy; U là điện áp hiệu dụng từ nhà máy; R là điện trở của dâytải điện.
+ Biện pháp giảm hao phí: Tăng hiệu điện thế U2 Máy phát điện xoay chiều
a/ Nguyên tắc hoạt động: dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từb/ Cấu tạo: có hai bộ phận chính là phần ứng và phần cảm.
+ Phần cảm : tạo ra từ thông biến thiên bằng các nam châm quay.
+ Phần ứng : gồm các cuộn dây giống nhau cố định trên một vòng tròn, nơixuất hiện suất điện động cảm ứng.
Suất điện động của máy phát điện được xác định theo định luật cảm ứng điện từ:
dtde .
+ Khi rôto quay, từ thông qua mỗi cuộn dây của stato biến thiên tuần hoàn vớitần số f = p.n
Trong đó p là số cặp cực của nam châm, n là tốc độ quay của rôto tính bằng sốvòng/giây
c/ Máy phát điện xoay ba pha là máy tạo ra 3 suất điện động xoay chiều hình sin cùngtần số, cùng biên độ và lệch pha nhau 1200 (2
rad) từng đôi một.
eE 2cos t2eE 2cos( t-)
32eE 2cos( t+)
Dây pha 1
Dây pha 2
Dây pha 3Ud
'2B'3BDây pha 1
Dây pha 2Dây pha 3
Trang 73 Động cơ điện xoay chiều 3 pha.
a/ Nguyên tắc hoạt động của động cơ điện không đồng bộ ba pha: dựa trên hiện tượngcảm ứng điện từ và từ trường quay.
b/ Cấu tạo: Mỗi động cơ điện đều có hai bộ phận chính: phần cảm (rôto) là khung dâydẫn quay dưới tác dụng của từ trường quay; phần ứng (stato) gồm các cuộn dây códòng điện xoay chiều tạo nên từ trường quay
C/ Hoạt động: Khi cho dòng 3 pha đi vào 3 cuộn dây thì chúng tạo ra từ trường quaytác dụng vào rôto làm cho rôto quay theo với tốc độ nhỏ hơn tốc độ quay của từtrường Chuyển động quay của rôto được sử dụng để làm quay các máy khác.