Cách tạo ra dòng điện xoay chiều

17/09/2016 04:23 CH | 1023

I.CÁCH TẠO RA ĐIỆN ÁP DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA VÀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

1. Nguyên tắc:

Khi cho một khung dây quay đều trong từ trường đều thì trong khung dây xuất  hiện suất điện động cảm ứng xoay chiều. Nếu nối hai đầu khung dây với một mạch ngoài kín thì trong mạch ngoài có dòng điện xoay chiều.

Mời bạn xem đoạn video mô phỏng sau đây:

Nguyên tắc của máy phát điện xoay chiều

Và đoạn video sau đây:

Máy phát điện xoay chiều - Cấu tạo

2. Khảo sát lý thuyết

Đặt một khung dây N vòng trong từ trường đều  rồi cho khung dây quay đều trong từ trường này với tốc độ góc  như mô phỏng trong đoạn video sau đâu:

Trong đoạn video này: Màu đỏ là cực bắc (N) của nam châm, màu xanh là cực nam (S) của nam châm. Lúc t = 0 :   và     trùng nhau (hợp với nhau một góc bằng 0)

Bây giờ ta hãy xét trường hợp tổng quát:

  • Lúc t = 0 :   và     hợp với nhau một góc là  . ( là vectơ pháp tuyến của mặt phẳng khung dây, vuông góc với mặt phẳng khung dây và có chiều dương chọn tùy ý).

  • Tại thời điểm t:  đã quay được góc   nên   và     hợp nhau góc 

Như vậy tại thời điểm t từ thông qua khung là  

Trong đó    là từ thông cực đại qua khung, có đơn vị là vê -be (Wb). Suất điện động cảm ứng trong khung lúc t là  (e là đạo hàm của từ thông   theo t)

Suy được:

Trong đó   là suất điện động cực đại trong khung, có đơn vị là vôn (V).

Nếu nối hai đầu khung dây với một mạch ngoài kín thì trong mạch có dòng điện xoay chiều.

Trở lại bài Máy phát điện xoay chiều

II. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

1. Dòng điện xoay chiều là dòng điện có cường độ biến thiên điều hòa theo thời gian với phương trình có dạng   trong đó i là cường độ tức thời,  Io là cường độ cực đại (biên độ của cường độ dòng điện),   là tần số góc của dòng điện và   là pha ban đầu của dòng điện.

Dưới đây là đồ thị của một dòng điện xoay chiều có cường độ cực đại Io = 4 A; chu kỳ T = 0,02 s, pha ban đầu 

Biểu thức của dòng điện này là 

2. Cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều bằng cường độ của một dòng điện không đổi mà nếu cho chúng qua cùng một điện trỏ trong cùng khoảng thời gian thì chúng tỏa ra cùng một nhiệt lượng.

Người ta ký hiệu cường độ hiệu dụng là I và chứng minh được:

III. ĐIỆN ÁP (HIỆU ĐIỆN THẾ) DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

1. Nếu trong đoạn mạch có dòng điện xoay chiều thì ở hai đầu đoạn mạch có một điện áp (hiệu điện thế) dao động điều hòa có dạng   trong đó u là cường độ tức thời, Uo là cường độ cực đại,  là tần số góc của dòng điện xoay chiều và   là pha ban đầu của điện áp.

Đồ thị của điện áp dao động điều hòa tương tự với độ thị của dòng điện xoay chiều.

2. Người ta cũng định nghĩa điện áp hiệu dụng như sau:

IV. ĐỘ LỆCH PHA GIỮA ĐIỆN ÁP DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA Ở HAI ĐẦU MỘT ĐOẠN MẠCH  VÀ CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU CHẠY TRONG ĐOẠN MẠCH:ĐÓ là

Trong bài toán đoạn mạch RLC không phân nhánh (xem bài kế tiếp) người ta thấy:

  • Nếu    > 0 thì điện áp tức thời hai đầu đoạn mạch sớm pha hơn dòng điện.
  • Nếu    < 0 thì điện áp tức thời hai đầu đoạn mạch trễ pha hơn dòng điện
  • Nếu   = 0 thì điện áp tức thời hai đầu đoạn mạch cùng pha hơn dòng điện

Tài liệu tham khảo thêm:

Ôn tập Vật lý 12