Tìm hiểu dòng điện xoay chiều đi qua cuộn dây, tụ điện, điện trở
Không giống như dòng điện một chiều, dòng điện xoay chiều có sự biến đổi giá trị theo thời gian, chính vì vậy mà khi tìm hiểu về dòng xoay chiều sẽ có nhiều tham số hơn. Và phản ứng của các phần tử thụ động như điện trở, tụ điện, cuộn dây sẽ bị ảnh hưởng bởi yếu tố biên thiên xoay chiều, như: công suất, điện cảm, điện dung…
1. KHÁI NIỆM VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU
Dòng điện xoay chiều là dòng điện có chiều và giá trị biến đổi theo thời gian, những thay đổi này thường tuần hoàn theo một chu kỳ nhất định.
Ở trên là các dòng điện xoay chiều hình sin, xung vuông và xung nhọn.
Chu kỳ và tần số của dòng điện xoay chiều.
Chu kỳ của dòng điện xoay chiều ký hiệu là T là khoảng thời gian mà điện xoay chiều lặp lại vị trí cũ , chu kỳ được tính bằng giây [s]
Tần số điện xoay chiều : là số lần lặp lại trang thái cũ của dòng điện xoay chiều trong một giây ký hiệu là F đơn vị là Hz
F = 1 / T
Pha của dòng điện xoay chiều :
Nói đến pha của dòng xoay chiều ta thường nói tới sự so sánh giữa 2 dòng điện xoay chiều có cùng tần số .
* Hai dòng điện xoay chiều cùng pha là hai dòng điện có các thời điểm điện áp cùng tăng và cùng giảm như nhau:
* Hai dòng điện xoay chiều lệch pha : là hai dòng điện có các thời điểm điện áp tăng giảm lệch nhau .
* Hai dòng điện xoay chiều ngược pha : là hai dòng điện lệch pha 180 độ, khi dòng điện này tăng thì dòng điện kia giảm và ngược lại.
Biên độ của dòng điện xoay chiều
Biên độ của dòng xoay chiều là giá trị điện áp đỉnh của dòng điện.xoay chiều, biên độ này thường cao hơn điện áp mà ta đo được từ các đồng hồ
Giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều
Thường là giá trị đo được từ các đồng hồ và cũng là giá trị điện áp được ghi trên zắc cắm nguồn của các thiết bị điện tử., Ví dụ nguồn 220V AC mà ta đang sử dụng chính là chỉ giá trị hiệu dụng, thực tế biên độ đỉnh của điện áp 220V AC khoảng 220V x 1,4 lần = khoảng 300V
Công xuất của dòng điện xoay chiều.
Công xuất dòng điện xoay chiều phụ thuộc vào cường độ, điện áp và độ lệch pha giữa hai đại lượng trên , công xuất được tính bởi công thức :
P = U.I.cosα
- Trong đó U : là điện áp
- I là dòng điện
- α là góc lệch pha giữa U và I
=> Nếu dòng xoay chiều đi qua điện trở thì độ lệch pha gữa U và I là α = 0 khi đó cosα = 1 và P = U.I
=> Nếu dòng xoay chiều đi qua cuộn dây hoặc tụ điện thì độ lệch pha giữa U và I là +90 độ hoặc -90độ, khi đó cosα = 0 và P = 0 [ công xuất của dòng điện xoay chiều khi đi qua tụ điện hoặc cuộn dây là = 0]
2. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU ĐI QUA R, C, L
1- Dòng điện xoay chiều đi qua điện trở
Dòng điện xoay chiều đi qua điện trở thì dòng điện và điện áp cùng pha với nhau , nghĩa là khi điện áp tăng cực đại thì dòng điện qua trở cũng tăng cực đại. như vậy dòng xoay chiều có tính chất như dòng một chiều khi đi qua trở thuần.do đó có thể áp dụng các công thức của dòng một chiều cho dòng xoay chiều đi qua điện trở
I = U / R hay R = U/I Công thức định luật ohm
P = U.I Công thức tính công xuất
2- Dòng điện xoay chiều đi qua tụ điện .
Dòng điện xoay chiều đi qua tụ điện thì dòng điện sẽ sớm pha hơn điện áp 90 độ
* Dòng xoay chiều đi qua tụ sẽ bị tụ cản lại với một trở kháng gọi là Zc, và Zc được tính bởi công thức
Zc = 1/ [ 2 x 3,14 x F x C ]
- Trong đó Zc là dung kháng [ đơn vị là Ohm ]
- F là tần số dòng điện xoay chiều [ đơn vị là Hz]
- C là điện dung của tụ điện [ đơn vị là µ Fara]
Công thức trên cho thấy dung kháng của tụ điện tỷ lệ nghịch với tần số dòng xoay chiều [nghĩa là tần số càng cao càng đi qua tụ dễ dàng] và tỷ lệ nghịc với điện dung của tụ [ nghĩa là tụ có điện dung càng lớn thì dòng xoay chiều đi qua càng dễ dàng]
=> Dòng một chiều là dòng có tần số F = 0 do đó Zc = ∞ vì vậy dòng một chiều không đi qua được tụ.
3- Dòng điện xoay chiều đi qua cuộn dây.
Khi dòng điện xoay chiều đi qua cuộn dây sẽ tạo ra từ trường biến thiên và từ trường biến thiên này lại cảm ứng lên chính cuộn dây đó một điện áp cảm ứng có chiều ngược lại , do đó cuộn dây có xu hướng chống lại dòng điện xoay chiều khi đi qua nó, sự chống lại này chính là cảm kháng của cuộn dây ký hiệu là ZL
ZL = 2 x 3,14 x F x L
- Trong đó ZL là cảm kháng [ đơn vị là Ohm]
- L là hệ số tự cảm của cuộn dây [ đơn vị là Henry] L phụ thuộc vào số vòng dây quấn và chất liệu lõi .
- F là tần số dòng điện xoay chiều [ đơn vị là Hz]
Từ công thức trên ta thấy, cảm kháng của cuộn dây tỷ lệ thuận với tần số và hệ số tự cảm của cuộn dây, tần số càng cao thì đi qua cuộn dây càng khó khăn => tính chất này của cuộn dây ngược với tụ điện.
=> Với dòng một chiều thì ZL của cuộn dây = 0 ohm, dó đó dòng một chiều đi qua cuộn dây chỉ chịu tác dụng của điện trở thuần R mà thôi [ trở thuần của cuộn dây là điện trở đo được bằng đồng hồ vạn năng ], nếu trở thuần của cuộn dây khá nhỏ thì dòng một chiều qua cuộn dây sẽ bị đoản mạch.
* Dòng điện xoay chiều đi qua cuộn dây thì dòng điện bị chậm pha so với điện áp 90 độ nghĩa là điện áp tăng nhanh hơn dòng điện khi qua cuộn dây .
=>> Do tính chất lệch pha giữa dòng điện và điện áp khi đi qua tụ điện và cuộn dây, nên ta không áp dụng được định luật Ohm vào mạch điện xoay chiều khi có sự tham gia của L và C được.
=>> Về công xuất thì dòng xoay chiều không sinh công khi chúng đi qua L và C mặc dù có U > 0 và I >0.
4- Tổng hợp hai dòng điện xoay chiều trên cùng một mạch điện
* Trên cùng một mạch điện , nếu xuất hiện hai dòng điện xoay chiều cùng pha thì biên độ điện áp sẽ bằng tổng hai điện áp thành phần.
* Nếu trên cùng một mạch điện , nếu xuất hiện hai dòng điện xoay chiều ngược pha thì biên độ điện áp sẽ bằng hiệu hai điện áp thành phần.
Đặt điện áp xoay chiều u = 100 2 cos100πt [V] vào hai đầu một tụ điện có điện dung 2. 10 - 4 / π [F].
Biểu thức cường độ dòng điện qua tụ điện là :
A. i = 2cos[100 π t - π /2] [A].
B. i = 2 2 cos[100 π t + π /2] [A].
C. i = 2cos[100 π t + π /2] [A].
D. i = 2 2 cos[100 π t - π /2] [A].
Khi đặt hiệu điện thế không đổi 30 V vào hai đầu đoạn mạch gồm điện trở thuần mắc nối tiếp với cuộn cảm thuần có độ tự cảm 1/4 π [H] thì dòng điện trong đoạn mạch là dòng điộn một chiều có cường độ 1 A. Nếu đặt vào hai đầu đoạn mạch này điện áp xoay chiều u = 150.1/ π .cos120 π t[V] thì biểu thức của cường độ dòng điện trong đoạn mạch là :
A. i = 5 2 cos[120 π t + π /4] [A].
B. i = 5 2 cos[120 π t - π /4] [A].
C. i = 5cos[120 π t - π /4] [A].
D. i = 5cos[120 π t + π /4] [A].
Cho dòng điện xoay chiều có cường độ i = 2cos[100πt][A] chạy qua một đoạn mạch điện. Cứ mỗi giây, số lần cường độ dòng điện bằng 0 là
A. 200 lần
B. 100 lần
C. 400 lần
D. 50 lần
C. 240 lần
D. 360 lần
C. 240 lần
Cho dòng điện xoay chiều có chu kỳ T = 0,02 s chạy qua một bóng đèn. Số lần cường độ dòng điện qua đèn đạt cực đại trong mỗi giây là
A. 50
B. 100
C. 250
2500
Cho dòng điện xoay chiều có chu kỳ T = 0,02 s chạy qua một bóng đèn. Số lần cường độ dòng điện qua đèn đạt cực đại trong mỗi giây là
A. 50
B. 100
C. 250
D. 2500
Đáp án D
Cường độ dòng điện cực đại trong mạch I0=23A
CÂU HỎI HOT CÙNG CHỦ ĐỀ
Một mạch dao động LC có dao động điện từ tự do [dao động riêng] với tần số góc 104 rad/s. Điện tích cực đại trên tụ điện là 10-9. Khi cường độ dòng điện trong mạch bằng 6.10-6 thì điện tích trên tụ điện là
Xem đáp án » 15/11/2021 2,432
Đặt vào hai đầu đoạn mạch chỉ chứa cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L một điện áp có biểu thức u = U0cos[ωt + φ]. Cường độ dòng điện hiệu dụng chảy trong mạch là
Xem đáp án » 15/11/2021 402
Một con lắc lò xo gồm lò xo độ cứng k=25 N/m và vật m có khối lượng 300 g nằm ngang trong đó ma sát giữa vật m và sàn có thể bỏ qua. Vật M khối lượng 200 g được nối với vật m bằng một sợi dây nhẹ, dài và không dãn như hình vẽ. Hệ số ma sát trượt giữa M và sàn là 0,25. Lúc đầu vật m được giữ ở vị trí lò xo dãn 10 cm [trong giới hạn đàn hồi], sợi dây căng. Thả nhẹ vật m để hệ chuyển động. Lấy g=10 m/s2. Tính từ thời điểm lò xo bị nén mạnh nhất lần đầu tiên, tốc độ cực đại của vật m là
Xem đáp án » 15/11/2021 277
Một dây dẫn thẳng, dài có dòng điện I = 12 A chạy qua được đặt trong không khí. Cảm ứng từ tại điểm cách dây 5 cm có độ lớn là
Xem đáp án » 15/11/2021 138
Một sợi quang hình trụ gồm phần lõi có chiết suất n = 1,54 và phần vỏ bọc có chiết suất n0 = 1,41. Trong không khí, một tia sáng tới mặt trước của sợi quang tại điểm O [O nằm trên trục của sợi quang] với góc tới α rồi khúc xạ vào phần lõi [như hình vẽ]. Để tia sáng chỉ truyền đi trong phần lõi thì giá trị lớn nhất của α gần nhất với giá trị nào sau đây?
Xem đáp án » 15/11/2021 118
Một sóng điện từ có tần số 100 MHz truyền với tốc độ 3.108 m/s có bước sóng là
Xem đáp án » 15/11/2021 114
Trong dao động điều hòa thì li độ, vận tốc, gia tốc là 3 đại lượng biến đổi theo thời gian, theo quy luật dạng sin có cùng
Xem đáp án » 15/11/2021 111
Cho đoạn mạch gồm điện trở thuần R, tụ điện C và cuộn dây thuần cảm L mắc nối tiếp. Z là tổng trở của mạch. Điện áp hai đầu mạch i=I0cos[ωt] và dòng điện trong mạch . Điện áp tức thời và biên độ hai đầu R, L, C lần lượt là uR, uL, uC và U0R, U0L, U0C. Biểu thức nào là đúng?
Xem đáp án » 15/11/2021 100
Hai vật A và B có cùng khối lượng 1 kg và có kích thước nhỏ, được nối với nhau bằng một sợi dây mảnh, nhẹ, không dẫn điện dài 20 cm, vật B tích điện tích q=10−6C. Vật A được gắn vào một đầu lò xo nhẹ có độ cứng k = 10 N/m, đầu kia của lò xo cố định. Hệ được đặt nằm ngang trên mặt bàn nhẵn trong một điện trường đều có cường độ điện trường E=2.105V/mhướng dọc theo trục lò xo. Ban đầu hệ nằm yên, lò xo bị dãn. Cắt dây nối hai vật, vật B rời ra chuyển động dọc theo chiều điện trường, vật A dao động điều hòa. Sau khoảng thời gian 1,5 s kể từ lúc dây bị cắt thì A và B cách nhau một khoảng gần đúng là
Xem đáp án » 15/11/2021 99
Một người dùng búa gỗ vào một thanh nhôm. Người thứ 2 ở đầu kia áp tai vào thanh nhóm và nghe được tiếng gõ 2 lần [một lần qua không khí, một lần qua thanh nhôm]. Khoảng thời gian giữa 2 lần nghe được là 0,12 s. Biết vận tốc truyền âm trong không khí là 330 m/s, trong nhôm là 4620 m/s. Chiều dài thanh nhôm là
Xem đáp án » 15/11/2021 99
Mạch điện xoau chiều AB gồm một cuộn dây có điện trở, một điện trở thuần và một tụ điện mắc nối tiếp theo thứ tự đã nêu. Điểm M ở giữa cuộn dây và điện trở thuần. Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều có tần số không đổi và giá trị hiệu dụng 200V thì trong mạch có cộng hưởng điện. Lúc đó điện áp hiệu dụng trên đoạn AM là 160V, độ lệch pha giữa điện áp hai đầu AM so với cường độ dòng điện trong mạch gấp đôi độ lệch pha giữa cường độ dòng điện so với điện áp hai đầu MB. Điện áp hiệu dụng hai đầu MB là
Xem đáp án » 15/11/2021 99
Một nguồn sóng đặt tại điểm O trên mặt nước, dao động theo phương vuông góc với mặt nước với phương trình u = acos40πt, trong đó t tính bằng giây. Gọi M và N là hai điểm nằm trên mặt nước sao cho OM vuông góc với ON. Biết tốc độ truyền sóng trên mặt nước bằng 80 cm/s. Khoảng cách từ O đến M và N lần lượt là 34 cm và 50 cm. Số phần tử trên đoạn MN dao động cùng pha với nguồn là
Xem đáp án » 15/11/2021 96
Hiện tượng quang điện sẽ không xảy ra nếu chiếu ánh sáng hồ quang vào một tấm kẽm
Xem đáp án » 15/11/2021 92
Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng và tần số không đổi vào hai đầu đoạn mạch AB, trong đó R là biến trở, cuộn cảm thuần có hệ số tự cảm L, tụ điện có điện dung C thay đổi được. Khi C=C1 thì điện áp hai đầu đoạn mạch AM không phụ thuộc vào giá trị của biến trở R, khi C=C2 thì điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch MB đạt giá trị cực đại. Hình bên là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của tỉ số C1C2 theo R. Giá trị của cảm kháng ZL là
Xem đáp án » 15/11/2021 88
Khối lượng của hạt nhân410Be là 10,0113 u; khối lượng của prôtôn là 1,0072 u và của nơtron là1,0086 u; 1u = 931 MeV/c 2. Năng lượng liên kết riêng của 410Be là
Xem đáp án » 15/11/2021 84