Bài 12. Đại cương về dòng điện xoay chiều

ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

1. Điện áp và dòng điện xoay chiều

Ở bài trước, chúng ta đã biết, khi một khung dây quay đều trong một từ trường đều thì sinh ra một suất điện động xoay chiều biến thiên điều hòa theo thời gian.

Bây giờ, ta lấy điện áp ở hai đầu khung dây đặt vào 2 đầu một điện trở R

Khi đó, điện áp ở hai đầu điện trở cũng biến thiên điều hòa theo thời gian, ta đặt là: \(u=U_0\cos\left(\omega t+\varphi\right)\)^[1]

Theo định luật Ôm với đoạn mạch ta có cường độ dòng điện qua mạch là: \(i=\frac{u}{R}=\frac{U_0}{R}\cos\left(\omega t+\varphi\right)\)

Đặt \(I_0=\frac{U_0}{R}\) ta được: \(i=I_0\cos\left(\omega t+\varphi\right)\)^[2]

Giả sử chiều dương của dòng điện từ A đến B, như vậy:

• Trong nửa chu kì đầu, \(i>0\) \(\Rightarrow\) dòng điện có chiều từ A đến B.
• Nửa chu kì tiếp theo, \(i<0\) \(\Rightarrow\) dòng điện có chiều từ B đến A.

Cứ như vậy, chiều của dòng điện thay đổi liên tục theo thời gian, nên ta gọi dòng điện có biểu thức [2] là dòng xoay chiều, chính là một dòng điện biến thiên điều hòa theo thời gian.

Tương tự, điện áp có biểu thức [1] là điện áp xoay chiều.

2. Giá trị hiệu dụng

Để xác định, và hiểu ý nghĩa của dòng điện hiệu dụng, ta xét công suất tỏa nhiệt của dòng điện xoay chiều và đối chiếu với tác dụng của dòng điện không đổi tương ứng.

• Công suất tỏa nhiệt tức thời: \(p=i^2R=\left[I_0\cos\left(\omega t+\varphi\right)\right]^2.R=I_0^2R.\cos^2\left(\omega t+\varphi\right)\)^[3]
• Công tỏa nhiệt trung bình: \(P=\overline{p}=\overline{\frac{I_0^2R}{2}}+\overline{\frac{I_0^2R}{2}\cos\left(2\omega t+2\varphi\right)}\) \(=\frac{I_0^2R}{2}\)
• Ta đối chiếu với công suất tỏa nhiệt của dòng điện không đổi: \(P=I^2R\)

\(\Rightarrow I^2=\frac{I_0^2}{2}\)\(\Rightarrow I=\frac{I_0}{\sqrt{2}}\), ta gọi là cường độ dòng điện hiệu dụng.

Tương tự ta có điện áp hiệu dụng: \(U=\frac{U_0}{\sqrt{2}}\)

3. Kết luận

• Điện áp và dòng điện xoay chiều là đại lượng biến thiên điều hòa theo thời gian, có dạng:
  • \(u=U_0\cos\left(\omega t+\varphi\right)\)
  • \(i=I_0\cos\left(\omega t+\varphi\right)\)
• Khi xét đến điện áp và dòng điện xoay chiều, ta cần phân biệt được giá trị tức thời, giá trị cực đại và giá trị hiệu dụng của mỗi đại lượng.