Bài giảng Vật Lý 12. Bài 23. Mạch điện xoay chiều

Giáo viên: Phạm Thị Mai
Tổ: Vật lý - Công nghệ - Tin học
KIỂM TRA BÀI CŨ

Viết biểu thức dòng điện có cường độ hiệu dụng 5A, tần số
50Hz và có pha ban đầu bằng 0.

Viết biểu thức cường độ dòng điện xoay chiều
tổng quát, gọi tên của các đại lượng.
TIẾT 23 - BÀI 13
TIẾT 23 - BÀI 13
CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU
CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU

Viết biểu thức định luật Ôm đối với dòng không
đổi cho đoạn mạch điện trở.
TIẾT 23 - BÀI 13
TIẾT 23 - BÀI 13
CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU
CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU
L
R
C
* Quan h
* Quan h
ệ
ệ
giữa điện áp và dòng điện
giữa điện áp và dòng điện
trong đoạn mạch xoay chiều

trong đoạn mạch xoay chiều
( )
0
i I cos t
= ω
( )
0
u U cos t= ω + ϕ
ϕ
TIẾT 23 - BÀI 13
TIẾT 23 - BÀI 13
CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU
CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU
+ Độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện:
+ Độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện:
+ Biểu thức dòng điện:
+ Biểu thức dòng điện:
+ Biểu thức điện áp:
+ Biểu thức điện áp:
Mạch tiêu thụ
∼
u
i
Chú ý: Đại lượng được ký hiệu là
Chú ý: Đại lượng được ký hiệu là
ϕ
ϕ
trong mạch điện xoay chiều
trong mạch điện xoay chiều
phải được hiểu là

phải được hiểu là
∆ϕ
∆ϕ


0ϕ >
0ϕ <
0
ϕ =
u sớm pha so với i
u sớm pha so với i
ϕ
u trễ pha so với i
u trễ pha so với i
ϕ
u cùng pha với i
u cùng pha với i
Nếu:
Nếu:
( )
I 2 cos t
= ω
( )
U 2 cos t
= ω +ϕ
( )
0 i
i I cos t
= ω + ϕ
( )

0 i
u U cos t= ω + ϕ + ϕ
u i
ϕ = ϕ − ϕ
TIẾT 23 - BÀI 13
TIẾT 23 - BÀI 13
CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU
CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU
+ Độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện:
+ Độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện:
+ Biểu thức dòng điện:
+ Biểu thức dòng điện:
+ Biểu thức điện áp:
+ Biểu thức điện áp:
Mạch tiêu thụ
∼
u
i
( )
i
I 2 cos t
= ω + ϕ
( )
u
U 2 cos t
= ω +ϕ
Tổng quát
I. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ ĐIỆN TRỞ
I. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ ĐIỆN TRỞ
∼

U
i
R
a)Quan hệ giữa điện áp và
a)Quan hệ giữa điện áp và
dòng điện
dòng điện


? Kết luận về pha giữa u
? Kết luận về pha giữa u
R
R
(u) và i trong đoạn mạch xoay chiều chỉ
(u) và i trong đoạn mạch xoay chiều chỉ
chứa điện trở.
chứa điện trở.
c) Pha:
c) Pha:
b) Định luật
b) Định luật
Ô
Ô
m:
m:
( )
u U 2 cos t
= ω
( )
i I 2 cos t

= ω
uR i
ϕ = ϕ
u
u
R
R
cùng pha với i
cùng pha với i
U
I
R
=
? Phát biểu định luật Ôm đối với mạch điện xoay chiều thuần điện
trở.
II. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN
II. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN


c) Pha : Cường độ dòng điện sớm pha
c) Pha : Cường độ dòng điện sớm pha
π
π
/2 so với điện áp hai đầu tụ
/2 so với điện áp hai đầu tụ


(Điện áp giữa hai bản tụ trễ pha
(Điện áp giữa hai bản tụ trễ pha
π

π
/2 so với cường độ dòng điện)
/2 so với cường độ dòng điện)
C
U
I
Z
=
C
1
Z
C
=
ω
∼
C
u
i
Z
Z
C
C
gọi là dung kháng của tụ
gọi là dung kháng của tụ
( )
Ω
a)Quan hệ giữa điện áp và dòng điện :
a)Quan hệ giữa điện áp và dòng điện :
i I 2 cos t
= ω

u U 2 cos t
2
π
 
= ω −
 ÷
 
b) Định luật
b) Định luật
Ô
Ô
m:
m:
2.Mạch điện xoay chiều chỉ chứa tụ điện
2.Mạch điện xoay chiều chỉ chứa tụ điện
II. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN
II. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN
2.Mạch điện xoay chiều chỉ chứa tụ điện
2.Mạch điện xoay chiều chỉ chứa tụ điện
VD:
( )
u 220 2 cos100 t V
1
C F
1000
= π
=
π
Tính Z
C

?
Tính I?
Viết biểu thức i?
C
1
Z 10
C
= = Ω
ω
C
U
I 22A
Z
= =
( )
i 22 2 cos 100 t A
2
π
 
= π +
 ÷
 
∼
C
u
i
II. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN
II. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN
3. Ý nghĩa của dung kháng:
3. Ý nghĩa của dung kháng:

+ Dung kháng đặc trưng cho tính cản trở dòng xoay chiều
+ Dung kháng đặc trưng cho tính cản trở dòng xoay chiều
của tụ điện.
của tụ điện.


Tụ có C càng lớn thì Z
Tụ có C càng lớn thì Z
C
C
càng nhỏ và dòng xoay chiều càng ít
càng nhỏ và dòng xoay chiều càng ít
bị cản trở
bị cản trở
C
1
Z
C
=
ω
1
2 fC
=
π
* Biểu thức:
* Biểu thức:
* Ý nghĩa
* Ý nghĩa
∼
C

u
i
+Dung kháng có tác dụng
+Dung kháng có tác dụng


làm cho i sớm pha
làm cho i sớm pha
π
π
/2 so với u
/2 so với u
Đối với dòng không đổi: Z
Đối với dòng không đổi: Z
C
C
=∞ nên dòng không đổi không đi
=∞ nên dòng không đổi không đi
qua được tụ
qua được tụ


Dòng điện có tần số càng cao thì dung kháng càng giảm, càng
Dòng điện có tần số càng cao thì dung kháng càng giảm, càng
dễ đi qua tụ.
dễ đi qua tụ.
III. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ CUỘN CẢM
III. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ CUỘN CẢM
THUẦN
THUẦN

2. Mạch điện xoay chiều chỉ chứa cuộn cảm thuần (r=0)
2. Mạch điện xoay chiều chỉ chứa cuộn cảm thuần (r=0)
a) Quan hệ giữa điện áp và dòng điện :
a) Quan hệ giữa điện áp và dòng điện :
c) Pha: Cường độ dòng điện trễ pha
c) Pha: Cường độ dòng điện trễ pha
π
π
/
/
2
2
với điện áp hay
với điện áp hay
điện áp sớm pha
điện áp sớm pha
π
π
/
/
2
2
so với cường độ đòng điện.
so với cường độ đòng điện.
b) Định luật Ôm
b) Định luật Ôm
( )
i I 2 cos t
= ω
u U 2 cos t

2
π
 
= ω +
 ÷
 
uL i
2
π
ϕ =ϕ +
L
Z L
=ω
L
U
I
Z
=
gọi là cảm kháng
gọi là cảm kháng
∼
L
i
u
III. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ CUỘN CẢM
III. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ CUỘN CẢM
thuần
thuần
3. Ý nghĩa của cảm kháng
3. Ý nghĩa của cảm kháng

∼
* Ý nghĩa:
* Ý nghĩa:
L
Z L
= ω
2 fL
= π
* Biểu thức cảm kháng:
* Biểu thức cảm kháng:
Dòng điện có tần số càng cao thì cảm kháng càng lớn, tức là
Dòng điện có tần số càng cao thì cảm kháng càng lớn, tức là
càng khó đi qua.
càng khó đi qua.


Cuộn cảm có L càng lớn thì cảm kháng càng lớn hay cản trở
Cuộn cảm có L càng lớn thì cảm kháng càng lớn hay cản trở
nhiều đối với dòng xoay chiều
nhiều đối với dòng xoay chiều
+ Cảm kháng có tác dụng làm
+ Cảm kháng có tác dụng làm


cho i trễ pha
cho i trễ pha
π
π
/2 so với u
/2 so với u

+ Đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện xoay chiều
+ Đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện xoay chiều
của cuộn cảm
của cuộn cảm
Đối với dòng điện không đổi:
Đối với dòng điện không đổi:


Z
Z
L
L
=0
=0
VD:
( )
u 30 2 cos100 t V
0,2
L H,r 0
= π
= =
π
Tính Z
L
?
Tính I?
Viết biểu thức i?
L
Z L 20
= ω = Ω

L
U
I 15A
Z
= =
( )
i 15 2 cos 100 t A
2
π
 
= π −
 ÷
 
III. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ CUỘN CẢM
III. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ CUỘN CẢM
thuần
thuần
∼
I. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ ĐIỆN TRỞ
I. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ ĐIỆN TRỞ
∼
U
i
R
R
A
ε
A
i
Nhận xét: Vai trò của điện trở thuần đối với

dòng không đổi có cường độ I tương đương với
dòng xoay chiều có cường độ hiệu dụng I
II. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN
II. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN
1. Thí nghiệm
1. Thí nghiệm
+TN1: Bố trí như hình vẽ.
+TN1: Bố trí như hình vẽ.


•
Kết luận: Dòng điện xoay chiều có thể tồn tại trong
Kết luận: Dòng điện xoay chiều có thể tồn tại trong
•
mạch chứa tụ điện.
mạch chứa tụ điện.
+ TN2: Bố trí như hình vẽ.
+ TN2: Bố trí như hình vẽ.


C
A
ε
∼
C A
? Hãy nhận xét về tác
? Hãy nhận xét về tác
dụng của tụ điện đối
dụng của tụ điện đối
với dòng điện không

với dòng điện không
đổi và dòng điện xoay
đổi và dòng điện xoay
chiều
chiều
Quan sát: Ampeke chỉ số 0.
Quan sát: Ampeke chỉ số 0.
Quan sát: Ampeke chỉ giá trị I khác 0
Quan sát: Ampeke chỉ giá trị I khác 0
=>dòng không đổi không thể tồn tại trong mạch có chứa tụ
=>dòng không đổi không thể tồn tại trong mạch có chứa tụ
điện.
điện.
=>dòng xoay chiều có thể tồn tại trong mạch có chứa tụ
=>dòng xoay chiều có thể tồn tại trong mạch có chứa tụ
điện.
điện.
III. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ CUỘN THUẦN CẢM
III. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ CUỘN THUẦN CẢM
+ TN1: Đối với nguồn điện không đổi: đèn sáng, như
+ TN1: Đối với nguồn điện không đổi: đèn sáng, như
vậy cuộn cảm cho dòng điện không đổi đi qua
vậy cuộn cảm cho dòng điện không đổi đi qua
+ TN2: Đối với nguồn điện xoay chiều, mạch
+ TN2: Đối với nguồn điện xoay chiều, mạch
có cuộn cảm, đèn sáng yếu hơn. Như vậy
có cuộn cảm, đèn sáng yếu hơn. Như vậy
cuộn cảm cho dòng xoay chiều đi qua có
cuộn cảm cho dòng xoay chiều đi qua có
thêm cản trở

thêm cản trở
∼
ε
L
Đ
L
Đ
u
TIẾT 23 - BÀI 13
TIẾT 23 - BÀI 13
CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU
CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU


2. Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ chứa
2. Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ chứa
cuộn cảm thuần
cuộn cảm thuần
1. Cho một đoạn mạch như hình vẽ
X
A
B
Hộp đen
Nếu đặt vào hai đầu đoạn mạch AB một điện áp xoay chiều
(u
AB
) thì cường độ dòng điện tức thời chạy trong đoạn mạch
có dạng
0
cos( )( )

i
i I t A
ω φ
= +
Hãy viết phương trình u
AB
Nếu
X là điện trở thuần (R )
X là tụ điện ( C )
X là cuộn cảm
thuần (L)
2. Trong mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện,
ta có thể có
C. u=U
0
cos (ωt - π/4)( V ); i =I
0
cos (ωt + π/4)( A ).
B. u=U
0
cos (ωt + π/2)( V ); i =I
0
cos (ωt)( A ).
A. u=U
0
cos (ωt)( V ); i =I
0
cos (ωt - π/2)( A ).
D. u=U
0

cos (ωt - π/2)( V ); i =I
0
cos (ωt - π/2)( A ).
3. Đặt điện áp u=U
0
cos (ωt)(V) vào hai đầu một cuộn cảm
thuần. Cường độ dòng điện chạy qua cuộn cảm có thể là
C. i =I
0
cos (ωt - π/2)(A).
B. i =I
0
cos (ωt)(A).
A. i =I
0
cos (ωt + π/2)(A).
D. i =I
0
cos (ωt + π/4)(A).
Biểu diễn bằng vectơ quay
O
x
+
I
U
Đoạn mạch xoay chiều chỉ có điện trở
Biểu diễn bằng vectơ quay
O
x
2

π
−
+
I
U
Đoạn mạch xoay chiều chỉ có tụ điện
Biểu diễn bằng vectơ quay
O
x
2
π
+
I
Đoạn mạch xoay chiều chỉ có cuộn cảm
thuần
L
U
uuur
a
b
c
3. Nhận xét nào là sai về đoạn mạch xoay chiều chỉ
có tụ điện?
A. Tụ điện không cho dòng điện một chiều “đi qua” nhưng
cho dòng điện xoay chiều “đi qua”.
B. Hiệu điện thế hai đầu tụ điện luôn chậm pha π/2 so với
cường độ dòng điện qua tụ.
C. Cường độ dòng điện qua tụ điện luôn chậm pha π/2 so
với hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện.
D. Giữ cho các yếu tố khác không đổi, nếu điện dung của tụ

điện tăng 2 lần thì dung kháng của tụ giảm 2 lần.
BÀI TẬP:
BÀI TẬP:
Cho đoạn mạch điện như hình vẽ.
Cho đoạn mạch điện như hình vẽ.
Khi đặt điện áp xoay chiều u vào hai đầu mạch thì
Khi đặt điện áp xoay chiều u vào hai đầu mạch thì
dòng điện qua mạch là:
dòng điện qua mạch là:
( )
i 0,5 2 cos 100 t A
2
π
 
= π +
 ÷
 
4
10
C F
−
=
π
a/ Tính dung kháng của mạch?
b/ Viết biểu thức điện áp tức thời giữa hai đầu đoạn mạch.
HD:
HD:
C
1
Z

C
= =
ω
a/ Dung kháng của mạch:
100
= Ω
C
U Z I
= =
50V
=
b/ Viết biểu thức điện áp tức thời :
( )
u U 2 cos 100 t
= π =
( ) ( )
u 50 2cos 100 t V
= π
C