MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN, CUỘN CẢM

Bài 27. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN, CUỘN CẢM

1.Đoạn mạch xoay chiều chỉ có tụ điện.a. Thí nghiệm.b. Giá trị tức thời của cường độ dòng điện và điện áp.c. Biểu diễn bằng vectơ quay.d. Định luật ôm đối với đoạn mạch chỉ có tụ điện. Dung kháng.

2. Đoạn mạch xoay chiều chỉ có dung kháng.b. Hiện tượng tự cảm trong mạch điện xoay chiều.c. Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần

Các phần tử cơ bản của mạch điện xoay chiều

C

L

R

1. ĐOẠN MẠCH XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN

a) Thí nghiệm:

* Thí nghiệm với dòng điện không đổi

* Thí nghiệm với dòng điện xoay chiều

- Dòng điện xoay chiều có “đi qua” đoạn mạch chứa tụ điện.

- Tụ điện không cho dòng điện không đổi đi qua (tụ điện ngăn cản hoàn toàn).

- Tụ điện cũng gây ra tác dụng cản trở lên dòng điện.

1. ĐOẠN MẠCH XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN

b) Giá trị tức thời của cường độ dòng điện và điện áp :

- Đặt điện áp giữa 2 bản của tụ điện:

.cos... 0 tUCuCq

0 cos( )2

i I t

- Điện tích trên bản tụ M thay đổi theo thời gian t:

- Cường độ dòng điện tại thời điểm t là

Với 0 0 0.I C U q

tUu cos.0

d) Định luật ôm đối với đoạn mạch chỉ có tụ điện. Dung kháng

c

c

Z

UI Biểu thức

Trong đóC

Zc .

1

gọi là Dung Kháng của tụ điện

1. ĐOẠN MẠCH XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN

c) Biểu diễn bằng véc tơ quay.

-Biểu diễn bằng véc tơ nằm ngang

tIi cos0I

-Biểu diễn bằng véc tõ hợp với một góc bằng -π/2

CU0 .cos( ).

2C Cu U t

ICU

I

Với 00 .. UCI là biên độ của dòng điện qua tụ điện

- Cường độ dòng điện tại thời điểm t được xác định bằng biểu thức:

)cos(0 uCCC tUu - Nếu

)cos(.0 itIi 2

uCiThì Với

- Nếu chọn φi=0

0 cosi I t và )2

cos(0

tUu CC

tCUqi t sin.0'

thì φuC = -π/2

0 cos( )2

i I t Hay

1. ĐOẠN MẠCH XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN

Đồ thị biểu diễn sự biến đổi của cýờng độ dòng điện qua tụ điệnvà điện áp giữa hai bản tụ điện theo thời gian

t

i, u

u(t)

i(t)

T/4

φ

1. ĐOẠN MẠCH XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN

~

C

M N

i

*Xét bản tụ điện M

- Chọn chiều dương của dòng điện (i) là chiều đi từ nguồn tới bản tụ M

- Nếu Δt rất nhỏ thì cường độ dòng điện tức thời ( tại thời điểm t) là:

-Khi đó cường độ dòng điện được xác định bằng biểu thức:

t

qi

'( )ti q

1. ĐOẠN MẠCH XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN

- Sơ đồ thí nghiệm với dòng điện không đổi

- Sơ đồ thí nghiệm với dòng điện xoay chiều

K1

C Đ

Đ

K2

K1

C Đ

Đ

K2

~

1. ĐOẠN MẠCH XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN

+ Dung kháng đặc trưng cho tính cản trở của tụ điện đối với dòng điện xoay chiều. Đơn vị là Ôm (Ω)

+ Dung kháng làm cho điện áp tức thời (u) ở hai đầu tụ chậm pha /2 so với cường độ dòng điện tức thời (i) trong mạch.

* Ý nghĩa của dung kháng: Bạn hãy so sánh biểu thức với biểu thức định luật

Ôm cho đoạn mạch chỉ có R đối với dòng điện không đổi ? Từ đó suy ra ý nghĩa của đại lượng và đơn vị của

nó?

+ Với tụ điện có điện dung C không đổi thì dòng điện có tần số càng lớn , dung kháng càng nhỏ, nên dòng điện cao tần chuyển qua mạch có tụ càng dễ dàng.

C

UI C

1

R

UI

+ Với dòng điện xoay chiều có tần số f không đổi, điện dung C càng lớn thì dung kháng càng nhỏ nên dòng điện bị cản trở càng ít.

C1

1. ĐOẠN MẠCH XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN

2. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ CUỘN CẢM 1. Hiện tượng tự cảm trong mạch điện xoay chiều

Nhắc lại hiện tượng tự cảm : “là hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra trong một mạch có dòng điện mà sự biến thiên từ thông qua mạch được gây ra bởi sự biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch”

Cuộn cảm thuần là cuộn dây có điện trở không đáng kể.

Suất điện động tự cảm: e = - L (Δi / Δt)

Khi có dòng điện i chạy qua một mạch kín thì dòng điện này sẽ gây ra một từ trường và từ trường này gây ra một từ thông riêng. Bạn nào còn nhớ biểu thức tính từ thông trong trường hợp này?

Từ thông tự cảm: Ф = L i ; với L là độ tự cảm của cuộn dây (H)

Bạn nào còn nhớ biểu thức tính etc?

Khi Δt → 0 thì:

e = - L (di / dt)

LHiện tượng tự cảm là gì?

Tìm điện áp ở hai đầu đoạn mạch AB?

Điện áp ở hai đầu đoạn mạch AB là: u=L . di/dt

2. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ CUỘN CẢM

2. Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần Đặt vào hai đầu cuộn cảm thuần một điện áp xoay chiều có tần số góc ω và giá trị hiệu dụng U. Giả sử biểu thức cường độ dòng điện qua mạch là: i = I√2cosωt

Biểu thức tính điện áp ở hai đầu cuộn cảm thuần là gì?

Điện áp ở hai đầu cuộn cảm: u = L di/dt = -ωLI√2sinωt = ωLI√2cos(ωt +л/2)

Qua đó bạn hãy chỉ ra công thức tính U ở hai đầu cuộn cảm thuần?

U = ωLI I = U / ωLĐặt: ZL = ωL

Khi đó ta có: I = U / ZL

a) Định luật Ohm cho đoạn mạch xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần

I = U / ZL

2. Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần

Trong đó ZL đươc gọi là cảm kháng của mạch và nó cũng có vai trò như điện trở trong mạch.

a) Định luật Ohm cho đoạn mạch xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần

Chính là biểu thức định luật Ohm

o Phát biểu: “Trong mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần, cường độ dòng điện hiệu dụng có gia trị bằng thương số của điện áp hiệu dụng và cảm kháng của đoạn mạch”

2. Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần

b) Mối quan hệ giữa pha của u và i

Từ các biểu thức i = I√2cosωt và u = ωLI√2cos(ωt +л/2) bạn hãy cho biết đại lượng nào sớm pha hơn và sớm hơn bao nhiêu?

Trong đoạn mạch xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần, cường độ dòng điện tức thời trễ pha л/2 so với điện áp tức thời hoặc u sớm pha л/2 so với i.

3. Ý nghĩa của cảm kháng Hãy cho biêt ZL có tác dụng gì đối với dòng điện và cụ thể là ảnh hưởng như thế nào? zL đặc trưng cho tính cản trở dòng điện của cuộn cảm thuần. Khi cuộn cảm có L lớn sẽ cản trở nhiều đối với dòng điện xoay chiều, nhất là dòng xoay chiều cao tần. Nếu cuộn dây có cảm kháng thuần thì có tác dụng làm cho i trễ pha л/2 so với u.

Chú ý: L làm yếu dòng điện do định luật Len-xơ về cảm ứng điện từ

CỦNG CỐ, VẬN DỤNG

Mạch chỉ có một tụ điện Mạch chỉ có một cuộn cảm thuầni = I√2cosωt

u = U√2cos(ωt- л/2) u = U√2cos(ωt +л/2) Zc = 1/ Cω ZL = ωL I = U/ Zc I = U / ZL

uU0

I0

u, i

0

i

tT

U0

u

I0i

u, i

T t0

CÁM ƠN SỰ CHÚ Ý LẮNG NGHE

CỦA THẦY VÀ CÁC BẠN