Tổng quát các đoạn mạch điện xoay chiều – HocHay

Vật Lý Lớp 12 – Dòng Điện Xoay Chiều – Các Loại Đoạn Mạch Xoay Chiều

• Mối quan hệ giữa u và i trong mạch điện xoay chiều

Giả sử đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều có biểu thức: u=uR=U0Rcos(ωt+φ) thì trong mạch xuất hiện dòng điện có cường độ i. Xét trong khoảng thời gian rất ngắn ∆t kể từ thời điểm t, dòng điện xoay chiều qua mạch:

i=uRR=U0RRcos(ωt+φ)

Vậy điện áp và dòng điện xoay chiều cùng pha với nhau, khi mạch chỉ chứ điện trở R hay uR cùng pha với i.

• Định luật Ohm cho đoạn mạch chỉ có điện trở 

Cường độ hiệu dụng trong mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở có giá trị bằng thương số giữa điện áp hiệu dụng và điện trở của mạch.

I0=U0RR↔U0R=I0.R 

hay 

I=URR↔UR=I.R 

với UR là điện áp hiệu dụng ở hai đầu điện trở R

• Mối quan hệ giữa u và i trong mạch điện xoay chiều

Giả sử đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều có biểu thức: u=uC=U0cos(ωt+φ) 

Điện tích trên tụ: q=CuC=CU0cos(ωt+φ)

• Dòng điện xoay chiều qua mạch: 

i=dqdt=q′(t)=ωCU0cos(ωt+φ+π2)

Vậy điện áp giữa hai đầu đoạn mạch chỉ có tụ điện trễ pha hơn dòng điện xoay chiều góc π2 (hay dòng điện xoay chiều sớm pha hơn điện áp góc π2) khi mạch chỉ chứa tụ điện uC chậm pha hơn i góc π2

• Định luật Ohm trong mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện

Cường độ hiệu dụng trong mạch điện xoay chiều chỉ chứa tụ điện có giá trị bằng thương số của điện áp hiệu dụng giữa hai đầu mạch và dung kháng của mạch.

I=UCZC↔UC=I.ZC

hoặc

I0=U0CZC↔U0C=I0.ZC

Trong đó: 

– Dung kháng:ZC=1ωC=12πfC=T2πC

– UC là điện áp hiệu dụng giữa hai đầu tụ điện C

Cuộn dây thuần cảm là cuộn dây chỉ có độ tự cảm L và có điện trở thuần r không đáng kể.

• Mối quan hệ giữa u và i trong mạch điện xoay chiều

Điện áp hai đầu đoạn mạch chỉ có cuộn cảm thuần sớm pha hơn dòng điện xoay chiều góc π2 (hay dòng điện xoay chiều trễ pha hơn điện áp góc π2) khi mạch chỉ chứa cuộc cảm thuần uL sớm pha hơn i góc π2.

• Cảm kháng: đại lượng đặc trưng cho tính cản trở dòng điện xoay chiều trong mạch của cuộc cảm

ZL=ωL=2πfL=2πLT

Cảm kháng làm cho i trễ pha hơn u góc π2

Khi f tăng (hoặc T giảm) →ZL tăng → I giảm → dòng điện xoay chiều qua mạch khó hơn.

Khi f giảm (hoặc T tăng) →ZL giảm → I tăng → dòng điện xoay chiều qua mạch dễ dàng hơn.

• Định luật Ohm trong mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần

Trong mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần, cường độ hiệu dụng có giá trị bằng thương số của điện áp hiệu dụng và cảm kháng của mạch.

I=ULZL↔UL=I.ZL

hoặc

I0=U0LZL↔U0L=I0.ZL

trong đó:

UL là điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn thuần cảm L.

Nếu dòng điện xoay chiều có dạng i=I0cos(ωt+φ) thì điện áp xoay chiều hai đầu mỗi phần tử điện có dạng:

• uR đồng pha với i:

uR=UORcos(ωt+φ)

với UOR=I0.R

• uL nhanh pha hơn i góc π2:

uL=UOLcos(ωt+φ+π2)

với UOL=I0.ZL=I0ωL

• uC chậm pha hơn i góc π2:

uC=UOCcos(ωt+φ−π2)

với UOC=I0.ZC=I0.1Cω.