Bài giảng vật lí 12 thao giảng các mạch điện xoay chiều (12)

TIẾT 22 - BÀI 13

CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU

NHẮC LẠI KIẾN THỨC CŨ
1. Nêu khái niện về dòng điện xoay chiều. Viết biểu
thức. Nêu ý nghĩa các đại lượng trong biểu thức
Kiến thức đã biết trong năm học lớp 11
2. Định nghĩa cường độ dòng điện theo kiến thức đã học
lớp 11. Viết công thức?
3. Khi mắc một tụ điện có điện dung C vào một hiệu điện
thế U. Viết công thức tính điện tích Q của tụ điện


1. KHÁI NIỆM VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU
Dòng điện xoay chiều là dòng điện có cường độ biến thiên tuần
hoàn với thời gian theo quy luật của hàm số sin hoặc cosin
Biểu thức:

i = I0cos(ωt+ φ).



i : cường độ dòng điện tức thời (A).



I0>0 : cường độ dòng điện cực đại (A).



ω>0 : Tần số góc (rad/s).



α=ωt+φ : pha của i (rad).



φ : pha ban đầu (rad).



T : chu kỳ (s).



f : tần số (Hz).



T=2π/ω ; f =ω/2π


2. Cường độ dòng điện là đại lượng đặc trưng cho tác
dụng mạnh, yếu của dòng điện. Nó được xác định
bằng thương số của điện lượng ∆q dịch chuyển qua
tiết điện thẳng của vật dẫn trong khoảng thời gian
∆t và khoảng thời gian đó
Công thức

∆q
i=
∆t

3. Khi mắc một tụ điện có điện dung C vào một hiệu
điện thế U, công thức tính điện tích Q của tụ điện
là :
Q = C.U


QUAN SÁT CÁC HÌNH ẢNH SAU
1. Những thiết bị tiêu thụ điện là điện trở thuần

2. Những thiết bị tiêu thụ điện là tụ điện

3. Những thiết bị tiêu thụ điện là cuộn dây


TIẾT 22 - BÀI 13

•

CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU

Độ lệch pha giữa điện áp và cường độ dòng điện.

I. Mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở thuần.
II. Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện.
III. Mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần

TIẾT 22 - BÀI 13

CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU

* Độ lệch pha giữa điện áp và cường độ dòng điện.
+ Đặt vào hai đầu mạch một điện áp xoay chiều:

u = U 0 cos ( ωt + ϕu )

∼u

A

+ Biểu thức dòng điện trong mạch:

i = I0 cos ( ωt + ϕi )

i

+ Độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện:

ϕ = ϕLÀM
u − ϕi THEO YÊU CẦU SAU ĐÂY:
HÃY

B

Mạch

ϕ= 0 ⇒ ϕ u = ϕ I
ϕ>0 ⇒ ϕ u > ϕ i

Viết biểu thức tính
độpha
lệch
pha
điện áp và dòng
u sớm
ϕ so
vớigiữa
i
u cùng pha ϕ với i
u sớm pha
so cho
với i biết khi nào điện áp sớm
điệnϕ và
pha, trễ pha,
ϕ>0 ⇒ ϕ u > ϕ i



cùngUpha
với dòng điện trong mạch
I0
0




U0


I0
Nếu chọncường độ dòng điện
ϕ>0
 làm gốc, ta biểu diễn độ
I 0 bằng giản đồUvectơ như thế nào?
lệch pha này
ϕ<0

0

ϕ=0


I. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ ĐIỆN TRỞ
B
A
1. Mạch điện
i

∼u

R
2. Quan hệ giữa điện áp và cường độ dòng điện
- Điện áp hai đầu đoạn mạch:

u = U 0 cos ( ωt )

- Cường độ dòng điện trong mạch:

u U0
i=
=
cos ( ωt ) = I0 cos ( ωt )
R
R

- Kết luận về đoạn mạch xoay chiều chỉ chứa điện trở


I. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ ĐIỆN TRỞ
- Điện áp hai đầu đoạn mạch:

u = U 0 cos ( ωt )

- Cường độ dòng điện trong mạch:

u U0
i=
=
cos ( ωt ) = I0 cos ( ωt )
R
R

- Kết luận về đoạn mạch xoay chiều chỉ chứa điện trở
a. Quan hệ giữa điện áp và cường độ dòng điện
U 0 hay U = I .R

+ Biện độ: I0 =
0
0
R
+ Pha: uR cùng pha với i hay ϕuR = ϕi
U0
Chia hai vế cho
b. Định luật Ohm: Từ biểu thức I0 =
R
U
I=
hay U = I.R
R


c. Giản đồ vector

U0R


I0

2


II. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN
1. Thí nghiệm

Dụng cụ thí nghiệm

Mục đích:
Ta cần biết tác dụng của tụ điện với dòng điện không
đổi và dòng điện xoay chiều như thế nào?
Yêu cầu:
Các nhóm thảo luận và làm các việc sau đây:
1. Đưa ra phương án thí nghiệm, cách mắc mạch điện.
2. Làm thí nghiệm, quan sát và nêu nhận xét tác dụng
của tụ điện với dòng điện không đổi
3. Làm thí nghiệm, quan sát và nêu nhận xét tác dụng
của tụ điện với dòng điện xoay chiều


II. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN

1. Thí nghiệm Mắc mạch điện như hình vẽ
Thí nghiệm 1 : K mở:
Đặt vào AB HĐT không đổi U = 3V
- Quan sát : Đèn không sáng
Đặt vào AB HĐT xoay chiều có giá trị U = 3V
- Quan sát : Đ1 sáng

A B
i

C

u

K

*Nhận xét:

Đ1

Đ2

- Dòng điện không đổi không qua được tụ điện
- Dòng điện xoay chiều đi qua được tụ điện.
Thí nghiệm 2:

K đóng:

- Quan sát : Đ1 và Đ2 cùng sáng, nhưng Đ1 sáng yếu hơn
*Nhận xét:
- Tụ điện cho dòng điện xoay chiều đi qua nhưng có tác dụng
cản trở dòng điện xoay chiều.


II. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN
2. Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ chứa tụ điện
+ Điện áp giữa hai bản tụ điện:

u = U 0 cos ( ωt )
+ Điện tích của tụ điện:

∼u

A
i

C

q = Cu = CU 0 cos ( ωt )
+ Cường độ dòng điện trong mạch

dq
i=
= q’= −ωCU 0 sin ( ωt )
dt

= − I0 sin ( ωt )

i=

∆q
∆t

π

= I0 cos  ωt + ÷ với I0 = ωCU 0
2


B


2. Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ chứa tụ điện

- Kết luận về mạch điện xoay chiều chỉ chứa tụ điện:

a. Quan hệ giữa điện áp và cường độ dòng điện
+ Biên độ: I0= ωCU0

+ Pha: cường độ dòng điện sớm pha π/2 so với điện áp giữa hai bản tụ
Hay Điện áp giữa hai bản tụ trễ pha π/2 so với cường độ dòng điện
- Nếu biểu thức cđdđ trong mạch là

i = I 0 cos ωt

- Thì biểu thức điện áp giữa hai bả tụ là

b. Định luật Ohm:

π
u = U 0 cos(ωt − )
2

U
U
=
+ Từ công thức: I0= ωCU0,ta có: I= ωCU ⇒ I =
1
ZC
1
1
Với Z =
=
Gọi là dung kháng ωC
C

ωC


I0

2πfC

c. Giản đồ vector

U 0C


II. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN

1. Thí nghiệm
2. Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ chứa tụ điện
3. Ý nghĩa của dung kháng:
1
1
* Biểu thức:
ZC =
=
ωC
2πfC
Zc :(Ω) : gọi là dung kháng của tụ điện

ω (rad/s) tần số góc của dòng điện
* Ý nghĩa

C (F) : điện dung của tụ điện

+ Dung kháng đặc trưng cho tính cản trở dòng xoay chiều của
tụ điện. Điện dung C của tụ điện và tần số của dòng điện càng
lớn thì dung kháng càng nhỏ, dòng điện càng dễ đi qua.
+ Gây ra sự trễ pha π/2 của điện áp so với cường độ dòng
điện


Biểu thức cường độ dòng điện qua mạch i = I0cos(ωt+ϕi)
Mạch chỉ có R

Mạch chỉ có C

Độ lệch pha
giữa u,i

u cùng pha với i

u trễ pha π/2với i

Biểu thức u

u = U0cos(ωt+ϕi)

Biểu thức
ĐL Ôm

Giản đồ
vectơ

u = U0cos(ωt+ϕi- π/2)

U
I=
R


U0R

I =

U
ZC

ZC =

1
ωC


I0


I0

U 0C

Mạch chỉ có L