Bài giảng Vật lí Lớp 12 - Bài 13: Các mạch điện xoay chiều - Trương Hữu Phong

KIỂM TRA BÀI CŨ 
Câu 1: Hãy viết biểu thức cường độ dòng điện tức thời ? 
Nêu ý nghĩa các đại lượng ? 
Phát biểu định nghĩa cường độ dòng điện hiệu dụng ? 
Câu 2: Hãy viết biểu thức tính giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện , điện áp , suất điện động của dòng xoay chiều ? 
 i = I 0 cos(  t +  ) 
* i : giá trị của cường độ dòng điện tại thời điểm t, 
được gọi là giá trị tức thời của i ( cường độ tức 
thời ). 
* I 0 > 0: giá trị cực đại của i ( cường độ cực đại ). 
*  > 0: tần số góc . 
* (  t +  ) : pha của i tại thời điểm t 
*  : pha ban đầu của i 
 I : gọi là cường độ hiệu dụng 
 U : hiệu đ iện thế hiệu dụng 
 E: là suất điện động hiệu dụng 
TIẾT 21: CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU (T1) 
Nếu cường độ dòng điện xoay chiều trong đoạn mạch có dạng : 
 i = I 0 cos( ω t+ φ i ) = I cos ( ω t+ φ i ) (13.1) 
Thì điện áp xoay chiều ở hai đầu đoạn mạch có cùng tần số ω và u có dạng : 
 u = U 0 cos( ω t + φ u )=U cos ( ω t + φ u ) (13.2) 
I. ĐỘ LỆCH PHA GIỮA ĐIỆN ÁP VÀ CĐDĐ. 
Với Δ = φ u - φ i gọi là độ lệch pha giữa u và i. 
+ Nếu Δ  > 0: u sớm pha Δ  so với i. 
+ Nếu Δ  < 0: u trễ pha | Δ  | so với i. 
+ Nếu Δ  = 0: u cùng pha với i. 
II. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ ĐIỆN TRỞ 
Nối hai đầu mạch chỉ có điện trở R vào điện áp xoay chiều u = U cos ω t như hình vẽ . 
Vì đây là dòng điện trong kim loại nên theo định luât Ohm: 
Hãy nhắc lại biểu thức định luật Ohm cho dòng điện không đổi ? 
Nếu ta đặt : I = U/R 
Thì dòng điện i chạy qua điện trở là : 
(13.3) 
(13.4) 
II. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ ĐIỆN TRỞ 
1. Định luật Ohm cho đoạn mạch chỉ có điện trở R 
a. Phát biểu : “ Cường độ dòng điện hiệu dụng trong đoạn mạch xoay chiều chỉ có điện trở có giá trị bằng thương số giữa điện áp hiệu dụng và điện trở của mạch ” 
b. Biểu thức : I = U/R 
2. Nhận xét : 
Trong đoạn mạch xoay chiều chỉ có R thì cường độ tức thời trong mạch cùng pha với điện áp ở hai đầu đoạn mạch 
: 
III. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN 
1. Thí nghiệm 
a. Thí nghiệm 1: Bố trí thí nghiệm như hình Hình 13.3a 
b. Thí nghiệm 2: Bố trí thí nghiệm như hình Hình 13.3b 
c. Nhận xét : 
 Tụ điện không cho dòng điện một chiều đi qua 
 Dòng điện xoay chiều có thể tồn tại trong mạch điện có chứa tụ điện 
Thí nghiệm 1 
Thí nghiệm 2 
III. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN 
2. Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ chứa tụ điện 
Nối hai đầu mạch chỉ có tụ điện C vào điện áp xoay chiều u = U cos ω t như hình vẽ . 
Hãy tính điện tích trên bản tụ ? 
Điện tích trên bản tụ bên trái : 
q = uC = UC cos ω t (13.5) 
a. Khảo sát 
Giả sử tại thời điểm t, i có chiều như hình vẽ và bản tụ bên trái đang tích điện dương q, do đó điện tích của tụ tăng lên 
Tại t + Δ t điện tích của tụ là : q + Δ q, nghĩa là tăng thêm một lượng Δ q 
Cường độ dòng điện tại thời điểm t là : i = Δ q/ Δ t (13.6) 
III. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN 
Vì Δ q và Δ t là những đại lượng vô cùng nhỏ nên 
i = dq/dt =- ω UC sin ω t= ω UC cos ( ω t + л /2) (13.7) 
 Dòng điện trong mạch có tụ là dòng điện tích truyền qua mạch dây dẫn từ bản tụ tích điện dương sang bản tích điện âm . 
Dòng điện ở hình vẽ trên có “ chạy qua” hai bản tụ không ? Nếu có thì chiều dòng điện sẽ chạy như thế nào ? 
Chú ý: Nếu ta chọn chiều dòng điện ngược lại với chiều đã chọn thì i = - dq/dt 
III. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN 
b. Định luật Ohm cho đoạn mạch xoay chiều chỉ chứa tụ điện 
Từ (13.7) nếu đặt I = U ω C thì i = I cos ( ω t + л /2) (13.8) 
Và u = U cos ω t 
 Nếu lấy pha ban đầu của i bằng 0 thì : 
Theo trên : I = U ω C có thể viết lại I = U/(1/C ω ) 
i = I cos ( ω t) 
u = U cos ( ω t- л /2) 
Nếu đặt : Z c = 1/C ω thì : I = U/ Zc 
Ta thấy Z c đóng vai trò như R trong công thức (13.3). Đại lượng Z c được gọi là dung kháng của mạch . 
III. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN 
b. Định luật Ohm cho đoạn mạch xoay chiều chỉ chứa tụ điện 
b.1. Phát biểu : “ Cường độ hiệu dụng trong mạch chỉ chứa tụ điện có giá trị bằng thương số điện áp hiệu dụng giữa hai đầu mạch và dung kháng của mạch ” 
b.2. Biểu thức : I = U/ Z c 
b.3. Nhận xét : “ Trong mạch điện xoay chiều tụ điện là phần tử có tác dụng làm cho cường độ dòng điện tức thời sớm pha л /2 so với điện áp tức thời ” 
III. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN 
3. Ý nghĩa của dung kháng 
 Z c là đại lượng biểu hiện sự cản trở dòng điện xoay chiều của tụ . 
 Nếu C càng lớn thì Z c càng nhỏ → dòng điện xoay chiều bị cản trở ít 
 Nếu ω lớn ( tức là dòng điện cao tần ) thì Z c nhỏ → dòng điện xoay chiều bị cản trở ít và ngược lại 
BAØI TAÄP VẬN DỤNG 
Câu 1: Phát biểu nào sau đây đúng . 
A. Trong đoạn mạch xoay chiều chỉ có R thì u luôn sớm pha hơn i. 
B. Trong đoạn mạch xoay chiều chỉ có R thì i luôn sớm pha hơn u. 
C. Trong đoạn mạch xoay chiều chỉ có tụ C thì i luôn sớm pha hơn u một lượng là л /2. 
D. Trong đoạn mạch xoay chiều chỉ có tụ C thì u luôn sớm pha hơn i một lượng là л /2 
BAØI TAÄP VẬN DỤNG 
Câu 2: Cho u = 220 √2cos(100 л t ) V; C = 1/1000 л F. Hãy viết biểu thức i qua tụ ? Chọn đáp án đúng . 
A. i = 22 cos(100 л t - л /2 ) , (A) 
B. i = 22 √2cos(100 л t - л /2 ) , (A) 
C. i = 22 cos(100 л t + л /2 ) , (A) 
D. i = 22 √2cos(100 л t + л /2 ) ,(A) 
DẶN DÒ 
Về nhà làm các bài tập 3, 6, 7 SGK. 
Chuẩn bị bài mới ; 
Xem lại hiện tượng tự cảm , biểu thức tính từ thông qua cuộn dây , tính độ tự cảm và công thức tính suất điện động cảm ứng . 
Khảo sát mạch điện chỉ có điện trở thuần ?