[Vật lý 12] Dòng điện xoay chiều là gì? Lý thuyết và bài tập mới nhất 2022

Dòng điện xoay chiều là gì? Bài viết tổng hợp các kiến thức lý thuyết, công thức cũng như bài tập về dòng điện xoay chiều của chương trình Vật lý 12.

Lý thuyết dòng điện xoay chiều

Khái niệm dòng điện xoay chiều

Dòng điện xoay chiều hình sin, gọi tắt là dòng điện xoay chiều, là dòng điện có cường độ biến thiên tuần hoàn với thời gian theo quy luật của hàm số sin hay côsin, với dạng tổng quát:

i = I₀cos(ωt + φ)

I₀ > 0 được gọi là giá trị cực đại của I (cường độ cực đại).

ω > 0 được gọi là tần số góc,

Chu kì T

Tần số f

α = ωt + φ là pha của i và là pha ban đầu.

Bạn đang đọc bài viết: [Vật lý 12] Dòng điện xoay chiều là gì? Lý thuyết và bài tập mới nhất 2022

Nguyên tắc tạo ra dòng điện

Ta cho một cuộn dây dẫn dẹt hình tròn, giả sử hai đầu dây khép kín, quay xung quanh một trục cố định nằm trong cùng mặt phẳng với cuộn dây đặt trong một từ trường đều

 

có phương vuông góc với trục quay. Khi đó trong cuộn dây sẽ xuất hiện một dòng điện xoay chiều.

Xem thêm bài viết: [Vật lý 12] Lý thuyết và bài tập dao động điều hòa

Giả sử lúc t = 0, α= 0, đến lúc t > 0, α = ωt (ω là tốc độ góc của cuộn dây quay xung quanh trục ∆).

Lúc t, từ thông qua cuộn dây là: Φ = NBScosα = NBScosωt (N: số vòng dây, S là diện tích mỗi vòng).

Theo định luật Fa-ra-đây:

Nếu cuộn dây khép kín có điện trở R thì cường độ dòng điện cảm ứng là:

Đây là dòng điện xoay chiều với tần số góc và biên độ là:

Chiều dương của i liên hệ với chiều pháp tuyến

của mặt phẳng chứa cuộn dây theo quy tắc nắm tay phải.

 

Nếu cường độ dòng điện xoay chiều trong mạch có dạng i = I₀cos⁡(ωt) => điện áp xoay chiều ở giữa hai đầu của đoạn mạch có dạng như sau: u = U₀cos⁡(ωt + φ)

Trong đó φ là độ lệch pha giữa u (điện áp xoay chiều giữa 2 đầu) và I (cường độ dòng điện xoay chiều)

→ Lúc này, u và i có cùng tần số góc, ta chỉ cần đi tìm mối quan hệ giữa độ lệch pha φ và biên độ

Bảng so sánh các dạng mạch điện có các phần tử khác nhau

Những đại lượng cơ bản cần nắm chắc trong dòng điện xoay chiều

Để nắm vững được kiến thức của chuyên đề dòng điện xoay chiều thuộc chương trình Vật lý 12, trước hết ta cần phải nắm chắc một số đại lượng và ký hiệu cơ bản sau:

Công suất của dòng điện xoay chiều:

Công suất của dòng điện xoay chiều chịu tác động của 3 đại lượng chính: điện áp,  độ lệch pha của cường độ so với điện áp và cường độ dòng điện

Công thức tính công suất dòng điện xoay chiều được tính như sau:

P = U.I.cosα

Trong đó:

P: là công suất của dòng điện xoay chiều (đơn vị tính: W)

U: là điện áp của dòng điện (đơn vị tính: V)

I: là cường độ của dòng điện (đơn vị tính: A)

α: là độ lệch pha giữa điện áp và cường độ dòng điện

Công suất trung bình

Đặt

 

 

thì

 

 

Đại lượng I được gọi là giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện xoay chiều (cường độ hiệu dụng).

Cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều là đại lượng có giá trị bằng cường độ của một dòng điện không đổi, sao cho khi đi qua cùng một điện trở R thì công suất tiêu thụ trong R bởi hai dòng điện đó là như nhau.

Bài tập dòng điện xoay chiều

Dạng 1: Xác định từ thông qua khung dây và suất điện động xoay chiều

Sử dụng các công thức:

– Từ thông:

$\Phi =NBS\cos \left(\omega t+\phi \right)={\Phi }_0\cos \left(\omega t+\phi \right)$  (Wb)

Trong đó:

+ N: số vòng dây

+ S: tiết diện vòng dây (m²)

+ B: cảm ứng từ (T)

+ ${\Phi }_0=NB\mathrm{S:}$ từ thông cực đại qua khung dây (Wb)

+ $\omega$: tốc độ quay của khung dây (rad/s)

– Suất điện động xoay chiều:

 

 

 

Chú ý: Khi trong khung dây có suất điện động thì hai đầu khung dây có điện áp (hiệu điện thế). Nếu khung dây chưa nối với tải thì E = U.

Dạng 2: Xác định các đại lượng đặc trưng của dòng điện xoay chiều

– Phương trình tổng quát của dòng điện xoay chiều:

$i=I_0\cos \left(\omega t+\phi \right)$, với I₀ là cường độ dòng điện cực đại.

– Các giá trị hiệu dụng:

+ Cường độ dòng điện hiệu dụng:

 

 

+ Suất điện động hiệu dụng:

 

 

+ Điện áp hiệu dụng:

 

 

– Nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở R:

 

 

Trong đó:

Q: nhiệt lượng (J)

R: điện trở mạch ngoài

t: thời giam dòng điện chạy qua R (s)

– Công suất tỏa nhiệt:

 

 

Dạng 3: Tìm điện lượng chuyển qua tiết diện dây dẫn

Điện lượng qua tiết diện S trong thời gian t là q: $q=i.t$

Điện lượng qua tiết diện S trong thời gian từ t₁ đến t₂ là $\Delta q$: $\Delta q=i.\Delta t$

 

 

 

Dạng 4: Tính số lần dòng điện đổi chiều sau một khoảng thời gian t

– Dùng mối liên hệ giữa dao động điều hòa và chuyển động tròn đều để tính.

– Dòng điện xoay chiều:

• Mỗi giây dòng điện đôi chiều 2f lần.
• Nếu cho dòng điện qua bộ phận làm rung dây trong hiện tượng sóng dừng thì dây rung với tần số 2f.

– Công thức tính thời gian đèn huỳnh quang sáng trong 1 chu kì.

Khi đặt điện áp u = U₀cos(wt + j_u) vào hai đầu bóng đèn, biết đèn chỉ sáng lên khi u ≥ U₁.

 

 

 

Tổng kết

Hi vọng thông qua bài viết, congthuctoanlyhoa.com đã giúp bạn hiểu được lý thuyết cũng như giải được các bài tập thuộc chuyên đề dòng điện xoay chiều.