Bài 13. Các mạch điện xoay chiều

TIẾT 22 - BÀI 13

CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU
KIỂM TRA BÀI CŨ

Viết biểu thức cường độ dòng điện xoay chiều tổng
quát, gọi tên của các đại lượng.


Viết biểu thức dòng điện có biên độ 10A, tần số
50Hz và có pha ban đầu bằng 0.


Viết

biểu thức hiệu điện thế có biên độ 200V, cùng
tần số với dòng điện trên, lần lượt cùng pha, sớm
pha vuông góc, trễ pha vuông góc với dòng điện
trên.


TIẾT 22 - BÀI 13

CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU
Các thiết bị tiêu thụ điện có rất nhiêu loại. Có thiết bị chỉ có tác dụng tỏa nhiệt như ấm đun
nước, bàn là, bóng đèn dây tóc.
* Những thiết bị này liệt vào hàng điện trở thuần
Có loại thì có có tác dụng sinh ra từ trường như máy biến áp, chấn lưu đèn ống, …
* Những thiết bị này gọi chung là cuộn cảm
Có loại có tác dụng tích điện.
* Đó là những chiếc tụ điện.

Như vậy các thiết bị tiêu thụ điện mặc dù có rất nhiều nhưng có thể được phân thành ba loại:
Điện trở

R

Tụ điện

C

Cuộn cảm.

L


TIẾT 22 - BÀI 13

CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU
* Độ lệch pha giữa điện áp và dòng
điện trong đoạn mạch xoay chiều

u

∼

+ Biểu thức dòng điện:

i = I0 cos ( ωt + ϕi ) = I 2 cos ( ωt + ϕi )

+ Biểu thức điện áp:

u = U 0 cos ( ωt + ϕu )

i
Mạch tiêu thụ

= U 2 cos ( ωt + ϕu )

+ Độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện:

ϕ = ϕu − ϕi

Chú ý: Đại lượng được ký hiệu là ϕ trong mạch điện xoay
chiều phải được hiểu là ∆ϕ
Nếu: ϕ > 0 u sớm phaϕ so với i

ϕ<0

u trễ pha ϕ

ϕ=0

u cùng pha với i

so với i


I. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ ĐIỆN TRỞ
Điện áp hai đầu đoạn mạch: u = U 2 cos ( ωt )

U

∼

Cường độ dòng điện tức thời trong mạch:

u U
i= =
2 cos ( ωt ) = I 2 cos ( ωt )
R R
U hay
1. Định luật Ohm:
I=
U = I.R
R

R
i

? Nhắc
lạisánh
côngvà
thức
Hãy so
suy
rađoạn
công
tổng
thức
quát.
cường

? Phát
Kết luận
biểuvề
định
phaluật
giữa
Ohm
uR (u)
đối và
vớii mạch
trongcđdđ
điện
xoay
mạch
chiều
xoay
độ hiệu dụng.
thuầnchỉ
điện
trở.điện trở.
chiều
chứa
2. Quan hệ giữa điện áp và cường độ dòng điện:
+ Pha: uR cùng pha với i

3. Giản đồ vector:
+ Biên độ:

U0
I0 =

R

ϕuR = ϕi
uuuur
U 0R

O
hay

U 0 = I0 .R

ur
I0


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

ε

+TN1: Bố trí như hình vẽ.

Quan sát: Đèn không sáng=>dòng một chiều không
thể tồn tại trong mạch có chứa tụ điện.

C

Đ

+ TN2: Bố trí như hình vẽ.

∼

Quan sát: Đèn sáng => có dòng điện chạy qua tụ
* Kết luận: Dòng điện xoay chiều có thể tồn tại trong mạch chứa tụ
điện.

C

Đ

? Hãy nhận xét về
tác dụng của tụ điện
đối với dòng điện
không đổi và dòng
điện xoay chiều


II. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN

∼

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

u

u = U 0 cos ωt = U 2 cos ωt
i
C
+ Điện tích của tụ điện: q = Cu = CU 2 cos ωt

∆q
+ Cường độ dòng điện trong mạch i =
∆t
dq
π

i=
=q’ = −ωCU 2 sin ωt = UωC 2 cos  ωt + ÷
dt
2

π

i = I 2 cos  ωt + ÷ với
I = UωC
biểupha
định
? Hãy
Hãy phát
so sánh
và
2


1của
luật
Ohm
đối
với
dao

cho
biết
động
vai
của
trò
u
C và
i
=
I
2
cos
ω
t
C
b/ Nếu ϕi = 0 thì:
mạch
chỉ mạch?
có tụ ωđiện.
trong
i.
π

u = U 2 cos  ωt − ÷
π
2

ϕuC = ϕi −
Đơn vị?

+
a/ Điện áp giữa hai bản tụ điện:

* Định luật Ohm cho đoạn mạch chỉ chứa tụ điện:

Từ công thức: I= UωC

U
I=
ZC

1
ZC =
ωC

U
U
I
=
1
R
C là dung kháng của mạch
ZC ( Ω ) ω
Gọi
⇒
I=

uuuu
r
U 0C

ur
I0

2

c/ Pha dao động: Điện áp giữa hai bản tụ trễ pha π/2 so với cường độ dòng điện
* Giản đồ vector cho đoạn mạch chỉ chứa tụ điện:


II. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN

∼

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

u

a/ Điện áp giữa hai bản tụ điện:

b/ Nếu ϕi = 0 thì:

i

i = I 2 cos ωt

C

π


u = U 2 cos  ωt − ÷
2


* Định luật Ohm cho đoạn mạch chỉ chứa tụ điện:

I=

U
ZC

1
ZC =
ωC

ZC ( Ω ) Gọi là dung kháng của mạch

c/ Pha dao động: Điện áp giữa hai bản tụ trễ pha π/2 so với cường độ dòng điện
* Giản đồ vector cho đoạn mạch chỉ chứa tụ điện:

VD:

u = 220 2 cos100πt ( V )
C=

uuuu
r
U 0C

1

F
1000π

Tính ZC?
Tính I?
Viết biểu thức i?

ZC = 10Ω

I = 22A

π

i = 22 2 cos  100πt + ÷( A )
2


ur
I0


II. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN

∼

3. Ý nghĩa của dung kháng:

* Biểu thức:

1

1
ZC =
=
ωC 2πfC

* Ý nghĩa
+ Dung kháng đặc trưng cho tính cản trở dòng xoay
chiều của tụ điện. Dòng điện có tần số càng cao thì
dung kháng cảng giảm, càng dễ đi qua.
+ Gây ra sự chậm pha π/2 của điện áp so với cường
độ dòng điện

i

u

C


CỦNG CỐ

R

* Kết luận về đoạn mạch chỉ chứa điện trở thuần

i

1/ Quan hệ giữa điện áp và cường độ dòng điện

i = I 2 cos ( ωt )

u = U 2 cos ( ωt )
2/ Định luật Ohm:

U
I=
R

3/ Pha: uR cùng pha với i

hay

hay ϕuR = ϕi

+ Giản đồ vector
+ Biên độ:

I0 =

U0
R

U = I.R

hay

uuuur
U 0R

U 0 = I0 .R

ur
I0

U R=
U


CỦNG CỐ

i

* Kết luận về đoạn mạch chỉ chứa tụ điện

1/ Quan hệ giữa điện áp và cường độ dòng điện

uC = U

i = I 2 cos ( ωt )

π

u = U 2 cos  ωt − ÷
2


2/ Định luật Ohm:

U
I=

ZC

Với

1
1
ZC =
=
ωC 2πfC

Gọi là dung kháng

* Ý nghĩa dung kháng:
+ Dung kháng đặc trưng cho tính cản trở dòng
xoay chiều của tụ điện. Dòng điện có tần số càng
cao thì dung kháng cảng giảm, càng dễ đi qua.

+ Gây ra sự chậm pha π/2 của điện áp so
với cường độ dòng điện

3/ Pha:

uC trễ pha π/2 so với i

+ Giản đồ vector:
+ Biên độ:

U 0 = ZC I 0

ϕuC

π
= ϕi −
2

C

uuuu
r
U 0C

ur
I0


BÀI TẬP:

10−4
Biết R = 60Ω, C =
F
π

Cho đoạn mạch điện như hình vẽ.

Khi đặt điện áp xoay chiều u vào hai đầu
mạch thì dòng điện qua mạch là:

π

i = 0,5 2 cos 100πt + ÷( A )

2


a/ Tính dung kháng của mạch?

R
C
A

M
B

b/ Điện áp hiệu dụng: UAM ; UMB?
c/ Viết biểu thức điện áp tức thời giữa A và M ; giữa M và B?
HD:

a/ Dung kháng của mạch:
b/ Điện áp hiệu dụng:

U AM

1
= ... = 100Ω
Cω
U MB = ZC I = ... = 50V
= RI = ... = 30V
ZC =

c/ Viết biểu thức điện áp tức thời :
u AM = U AM

π

2 cos 100πt + ÷ = ...
2


u MB = U MB 2 cos ( 100 πt ) = ...

π

u AM = 30 2 cos  100πt + ÷( V )
2

u MB = 50 2 cos ( 100πt ) ( V )