D. bằng số nguyên lần nữa bước sĩng.
10. DỊNG ĐIỆN XOAY CHIỀU
* Dịng điện và điện áp xoay chiều
Dịng điện xoay chiều là dịng điện cĩ cường độ là hàm số sin hay cơsin của thời gian.
Điện áp xoay chiều là điện áp biến thiên theo hàm số sin hay cơsin của thời gian.
Tạo ra dịng điện xoay chiều bằng máy phát điện xoay chiều dựa trên cơ sở hiện tượng cảm ứng điện từ.
Trong một chu kì T dịng điện xoay chiều đổi chiều 2 lần, trong mỗi giây dịng điện xoay chiều đổi chiều 2f lần.
* Các giá trị hiệu dụng của dịng điện xoay chiều
Cường độ hiệu dụng của dịng điện xoay chiều bằng cường độ của một dịng điện khơng đổi, nếu cho hai dịng điện đĩ lần lượt đi qua cùng một điện trở R trong những khoảng thời gian bằng nhau đủ dài thì nhiệt lượng tỏa ra bằng nhau.
+ Cường độ hiệu dụng và điện áp hiệu dụng: I = 2 o I ; U = 2 o U .
+ Ampe kế và vơn kế đo cường độ dịng điện và điện áp xoay chiều dựa vào tác dụng nhiệt của dịng điện nên gọi là ampe kế nhiệt và vơn kế nhiệt, số chỉ của chúng là cường độ hiệu dụng và điện áp hiệu dụng của dịng điện xoay chiều.
+ Khi tính tốn, đo lường, ... các mạch điện xoay chiều, chủ yếu sử dụng các giá trị hiệu dụng.
* Các loại đoạn mạch xoay chiều
+ Đoạn mạch chỉ cĩ điện trở thuần: uR cùng pha với i ; I =
R UR
. + Đoạn mạch chỉ cĩ tụ điện: uC trể pha hơn i gĩc
2π. π. I = C C Z U ; với ZC = C ω 1
là dung kháng của tụ điện.
Tụ điện C khơng cho dịng điện khơng đổi đi qua (cản trở hồn tồn), nhưng lại cho dịng điện xoay chiều đi qua với điện trở (dung kháng): ZC
=
C
ω
1
+ Đoạn mạch chỉ cĩ cuộn cảm thuần: uL sớm pha hơn i gĩc 2 π . I = L L Z U
; với ZL = ωL là cảm kháng của cuộn dây.
Cuộn cảm thuần L cho dịng điện khơng đổi đi qua hồn tồn (khơng cản trở) và cho dịng điện xoay chiều đi qua với điện trở (cảm kháng): ZL
= ωL.
+ Đoạn mạch cĩ R, L, C mắc nối tiếp (khơng phân nhánh):
Giãn đồ Fre-nen: Nếu biểu diễn các điện áp xoay chiều trên R, L và C bằng các véc tơ tương ứng U−→R , U−→L và U−→C tương ứng thì điện áp xoay chiều trên đoạn mạch R, L, C mắc nối tiếp là: U→ = U−→R + U−→L + U−→C
Dựa vào giãn đồ véc tơ ta thấy:
U = UR2 +(UL−UC)2 = I. 2C C L 2 (Z - Z ) R + = I.Z Với Z = 2 C L 2 (Z - Z )
R + gọi là tổng trở của đoạn mạch RLC. Độ lệch pha ϕ giữa u và i xác định theo biểu thức:
tanϕ = R Z ZL − C = R C L ω ω − 1 Cường độ hiệu dụng xác định theo định luật Ơm: I =
ZU U
.
* Biểu thức điện áp xoay chiều, cường độ dịng điện xoay chiều
Nếu i = Iocos(ωt + ϕi) thì u = Uocos(ωt + ϕi + ϕ). Nếu u = Uocos(ωt + ϕu) thì i = Iocos(ωt + ϕu - ϕ) Với Io = Z Uo ; tanϕ = R Z ZL − C .
+ Cộng hưởng trong đoạn mạch RLC: Khi ZL = ZC hay ωL =
C
ω
1
thì cĩ hiện tượng cộng hưởng điện. Khi đĩ: Z = Zmin = R; I = Imax =
RU U ; P = Pmax = R U2 ; ϕ = 0. + Các trường hợp khác:
Khi ZL > ZC thì u nhanh pha hơn i (đoạn mạch cĩ tính cảm kháng). Khi ZL < ZC thì u trể pha hơn i (đoạn mạch cĩ tính dung kháng).
* Cơng suất của dịng điện xoay chiều
+ Cơng suất của dịng điện xoay chiều: P = UIcosϕ = I2R + Hệ số cơng suất: cosϕ =
ZR R
.
+ Ý nghĩa của hệ số cơng suất cosϕ: Cơng suất hao phí trên đường dây tải (cĩ điện trở r) là Php = rI2 = ϕ 2 2 2 cos U rP
. Nếu hệ số cơng suất cosϕ nhỏ thì cơng suất hao phí trên đường dây tải Php sẽ lớn, do đĩ người ta phải tìm cách nâng cao hệ số cơng suất. Theo qui định của nhà nước thì hệ số cơng suất cosϕ trong các cơ sở điện năng tối thiểu phải bằng 0,85.
Với cùng một điện áp U và dụng cụ dùng điện tiêu thụ một cơng suất P, tăng hệ số cơng suất cosϕ để giảm cường độ hiệu dụng I từ đĩ giảm hao phí vì tỏa nhiệt trên dây.