Trường THPT Nguyễn Đáng Giáo viên Huỳnh Thế Xương
Trường THPT Nguyễn Đáng
Lớp 12
Họ và Tên:
HỆ THỐNG HÓA KIẾN THỨC
VẬT LÝ 12 NÂNG CAO
Chương 5
DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

I/. Dòng điện xoay chiều
1. 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, có dạng:
( )
0
i I cos t= ω + ϕ
.
Trong đó: + i là cường độ tức thời (A). +
0
I
là cường độ cực đại (A) (
0
I
> 0)
+
ω
là tần số góc (rad/s). (
0
ω >
) và
2
2 f

là góc hợp bởi
B
ur
và vectơ pháp tuyến
n
r
của khung dây ở thời
điểm ban đầu (rad) và
Φ
là từ thông (
Wb
). Từ thông qua khung dây biến thiên, trong khung xuất
hiện suất điện động cảm ứng
( )
0
d
e NBSsin t
dt
Φ
= − = ω ω + ϕ
gọi là suất điện động xoay chiều.
3. Điện áp xoay chiều
+ Nối hai cực của máy phát điện xoay chiều với một đoạn mạch tiêu thụ điện. Trong mạch có dao
động điện cưỡng bức với tần số bằng tần số của suất điện động do máy phát điện tạo ra. Giữa hai
đầu đoạn mạch có một hiệu điện thế biến thiên theo thời gian theo định luật dạng sin gọi là hiệu điện
thế xoay chiều hay điện áp xoay chiều.
+ Trong trường hợp tổng quát, biểu thức điện áp giữa hai đầu đoạn mạch
( )
0 u
u U cos t= ω + ϕ

2
=
Với
0
I
là cường độ cực đại (A) và I là cường độ hiệu dụng (A).
+ Ngoài ra điện áp (hiệu điện thế xoay chiều), suất điện động, cường độ điện trường, điện
tích, … cũng có các giá trị hiệu dụng tương ứng. Giá trị hiệu dụng bằng giá trị cực đại chia cho
2
.

0
U
U
2
=
Với U là điện áp hiệu dụng (V) và
0
U
là điện áp cực đại (V).

0
E
E
2
=
Với E là suất điện động hiệu dụng (V) và
0
E
là suất điện động cực đại (V).

=
Với U là điện áp hiệu dụng giữa hai đầu mạch (V).
2. Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện C
+ Nếu
0
u U cos t= ω
thì
0 0
i U Ccos t I cos t
2 2
π π
   
= ω ω + = ω +
 ÷  ÷
   
. Trong đó C là điện dung của tụ
điện, đơn vị là fara (F).
6
1 F 10 F
−
µ =
;
9
1 nF 10 F
−
=
;
12
1 pF 10 F
−

Z
C
=
ω
gọi là dung kháng (
Ω
).
3. Mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần L
+ Nếu
0
u U cos t= ω
thì
0
0
U
i cos t I cos t
L 2 2
π π
   
= ω − = ω −
 ÷  ÷
ω
   
. Trong đó L là độ tự cảm của cuộn
cảm, đơn vị là henry (H).
3
1 mH 10 H
−
=
;

gọi là cảm kháng (
Ω
).
4. Mạch điện xoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp
+ Nếu
0
u U cos t= ω
thì
( ) ( )
0
0
U
i cos t I cos t
Z
= ω −ϕ = ω −ϕ
.
+ Nếu
0
i I cos t= ω
thì
( ) ( )
0 0
u I Zcos t U cos t= ω + ϕ = ω + ϕ
.
+ Trong đó Z được gọi là tổng trở của mạch (
Ω
).
( )
2
2

ϕ =
Với
2 2
π π
− ≤ ϕ ≤ +
Đơn vị của
ϕ
là rad.
- Nếu
L C
Z Z>
thì
0ϕ >
, mạch có tính cảm kháng, u sớm pha hơn i.
- Nếu
L C
Z Z<
thì
0ϕ <
, mạch có tính dung kháng, u trễ pha hơn i.
- Nếu
L C
Z Z=
thì
0ϕ =
, mạch có cộng hưởng, u cùng pha hơn i.
+ Định luật Ôm
U
I
Z

(
2
1
LC
ω =
) thì
min
Z Z R= =
và
max
U
I I
R
= =
Dòng điện trong mạch cùng pha với điện áp (
ϕ
= 0). Đó là hiện tượng cộng hưởng điện.
+ Lưu ý: Nếu mạch điện không có R thì có thể xem như R = 0 ; không có C thì xem như
C
Z 0=
;
không có L thì xem như
L
Z 0=
.
III/. Công suất điện tiêu thụ của mạch điện xoay chiều
1. Công suất:

UIcos= ϕP
Đơn vị công suất là oát (W).

+ Trong đoạn mạch R, L, C mắc nối tiếp thì
R
U
cos
U
ϕ =
Hay
R
cos
Z
ϕ =

Từ đó ta được
2
2
2
U R
UIcos I R
Z
= ϕ = =P
+ Với cùng công suất P và điện áp U, nếu
cosϕ
nhỏ thì I lớn, hao phí do tỏa nhiệt trên dây
dẫn sẽ lớn. Đó là điều ta cần tránh.
+ Trong các nhà máy công nghiệp, nếu
cosϕ
nhỏ thì
hp
P
sẽ lớn. Vì thế hệ số công suất

Trường THPT Nguyễn Đáng Giáo viên Huỳnh Thế Xương
Hay:
o
e N cos t
2
π
 
= ω Φ ω −
 ÷
 
Trong đó
o
Φ
là từ thông cực đại qua một vòng dây.
Biên độ của suất điện động là
o o
E N= ω Φ
+ Có hai cách tạo ra suất điện động xoay chiều:
- Từ trường cố định, các vòng dây quay trong từ trường.
- Từ trường quay, các vòng dây đặt cố định.
2. Máy phát điện xoay chiều một pha
+ Cấu tạo: - Phần cảm tạo ra từ trường là nam châm điện hoặc nam châm vĩnh cửu.
- Phần ứng tạo ra suất điện động cảm ứng là những cuộn dây.
Một trong hai phần đặt cố định, phần còn lại quay. Phần cố định gọi là stato, phần quay gọi
là rôto.
Nếu máy có p cặp cực, quay với tốc độ n vòng/giây
Thì tần số biến thiên của suất điện động sẽ là
f n.p=
+ Hoạt động: Nếu máy có phần ứng quay, phần cảm cố định thì stato là nam châm đặt cố định, còn
rôto là khung dây quay quanh một trục trong từ trường tạo bởi stato. Dòng điện được đưa ra mạch

1. Nguyên tắc hoạt động của động cơ không đồng bộ
Nhờ vào hiện tượng cảm ứng diện từ và tác dụng của từ trường quay mà khung dây dẫn đặt trong từ
trường quay sẽ quay theo từ trường đó, với tốc độ quay nhỏ hơn tốc độ quay của từ trường. Động
cơ hoạt động theo nguyên tắc trên gọi là động cơ không đồng bộ hay động cơ cảm ứng.
2. Cách tạo ra từ trường quay bằng dòng điện ba pha
Mắc ba cuộn dây giống nhau với mạng điện ba pha, bố trí mỗi cuộn lệch nhau 1/3 vòng tròn. Trong
ba cuộn dây có ba dòng điện cùng biên độ, cùng tần số nhưng lệch pha nhau
2
3
π
. Từ trường do mỗi
cuộn dây gây ra có cảm ứng từ biến đổi tuần hoàn với cùng tần số góc
ω
nhưng lệch pha nhau
2
3
π
.
Cảm ứng từ của từ trường tổng hợp có độ lớn không đổi và quay trong mặt phẳng song song với ba
trục của ba cuộn dây với tốc độ góc bằng
ω
.
3. Cấu tạo và hoạt động của động cơ không đồng bộ ba pha
- Cấu tạo:
+ Stato gồm ba cuộn dây giống nhau quấn trên ba lõi sắt bố trí lệch nhau 1/3 vòng tròn.
+ Rôto là một hình trụ tạo bởi nhiều lá thép mỏng ghép cách điện với nhau. Trong các rãnh xẻ ở mặt
ngoài rôto có đặt các thanh kim loại. Hai đầu mỗi thanh được nối vào các vành kim loại tạo thành
một chiếc lồng. Lồng này cách điện với lõi thép và có tác dụng như nhiều khung dây đồng trục đặt
lệch nhau. Rôto nói trên được gọi là rôto lồng sóc.
Vật lý 12 nâng cao Trang 4

2 1
I U
I U
=
Trong đó:
1 2
U , U
là điện áp giữa hai đầu cuộn sơ cấp và thứ cấp.
1 2
N , N
là số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp.
1 2
I ,I
là cường độ hiệu dụng trong cuộn sơ cấp và thứ cấp.
+ Nếu
2 1
N N>
thì
2 1
U U>
. Máy tăng áp.
+ Nếu
2 1
N N<
thì
2 1
U U<
. Máy hạ áp.
Máy biến áp làm tăng điện áp lên bao nhiêu lần thì làm giảm cường độ dòng điện đi bấy nhiêu lần
và ngược lại.