DIEN KY THUAT ĐIỆN TỬ DÂN DỤNG

Chương 1 Các khái niệm cơ bản về mạch điện 1 Mạch điện và kết cấu hình học của mạch điện 1 1 Mạch điện Mạch điện là một hệ thống gồm các thiết bị điện, điện tử ghép lại Trong đó xảy ra các quá trình truyền đạt, biến đổi năng lượng hay tín hiệu điện từ đo bởi các đại lượng dòng điện, điện áp 1 2 Nguồn điện Nguồn điện dùng để cung cấp năng lượng điện hoặc tín hiệu điện cho mạch Nguồn được biến đổi từ các dạng năng lượng khác sang điện năng, ví dụ máy phát điện (biến đổi cơ năng thành điện năng), ắ.

Chương 1: Các khái niệm cơ bản về mạch điện

1 Mạch điện và kết cấu hình học của mạch điện

1.1 Mạch điện.

Mạch điện: là một hệ thống gồm các thiết bị điện, điện tử ghép lại Trong

đó xảy ra các quá trình truyền đạt, biến đổi năng lượng hay tín hiệu điện từ đo bởi các đại lượng dòng điện, điện áp

1.2 Nguồn điện.

Nguồn điện: dùng để cung cấp năng lượng điện hoặc tín hiệu điện cho mạch Nguồn được biến đổi từ các dạng năng lượng khác sang điện năng, ví dụ máy phát điện (biến đổi cơ năng thành điện năng), ắc quy (biến đổi hóa năng sang điện năng)

1.3 Phụ tải điện

Phụ tải: là thiết bị nhận năng lượng điện hay tín hiệu điện Phụ tải biến đổi năng lượng điện sang các dạng năng lượng khác, ví dụ như động cơ điện (biến đổi điện năng thành cơ năng), đèn điện (biến đổi điện năng sang quang năng), bàn là, bếp điện (biến đổi điện năng sang nhiệt năng) v.v

1.4 Dây dẫn điện

Dây dẫn: làm nhiệm vụ truyền tải năng lượng điện từ nguồn đến nơi tiêu thụ

1

2 Kế cấu hình học của mạch điện.

Vòng: là tập hợp nhiều nhánh tạo thành vòng kín, nó có tính chất là nếu bỏ

đi một nhánh thì không tạo thành vòng kín nữa

Ví dụ 1: Cho mạch điện như hình vẽ Hãy cho biết mạch điện trên có

bao nhiêu nhánh, bao nhiêu nút và bao nhiêu vòng?

Giải

Mạch điện trên gồm:

- 3 nhánh:

Nhánh 1: gồm phần tử R1 mắc nối tiếp với nguồn E1

Nhánh 2: gồm phần tử R2 mắc nối tiếp nguồn E2

Nhánh 3: gồm phần tử R3

- 2 nút: A và B

- 3 vòng:

Vòng 1: qua các nhánh (1, 3, 1)

Vòng 2: qua các nhánh (2, 3, 2)

Vòng 3: qua các nhánh (1, 2, 1)

Ví dụ 2: Cho mạch điện như hình Hãy cho biết mạch điện trên có bao

nhiêu nhánh, bao nhiêu nút và bao nhiêu vòng?

- 6 nhánh:

Nhánh 1: gồm phần tử R1 mắc nối tiếp với nguồn E1

Nhánh 2: gồm phần tử R2 mắc nối tiếp nguồn E2

Mạch điện có 2 phần tử chính đó là nguồn điện và phụ tải

- Nguồn điện: là các thiết bị điện dùng để biến đổi các dạng năng lượng khác sang điện năng, ví dụ như pin, ắc qui (năng lượng hóa học), máy phát điện (năng lượng cơ học)…

3

- Phụ tải: là thiết bị điện biến điện năng thành các dạng năng lượng khác Trên sơ đồ chúng thường được biểu thị bằng một điện trở R.

- Dây dẫn: là dây kim loại dùng để nối từ nguồn đến phụ tải

3 Các đại lương đặc trưng quá trình năng lượng trong mạch điện.

3.1 Dòng điện

Dòng điện là dòng chuyển dời hướng của các điện tích Cường độ dòng điện ( gọi tắt là dòng điện) là lượng điện tích chuyển qua một bề mặt nào đó( tiếtdiện ngang của dây dẫn, nếu là dòng điện chảy trong dây dẫn ) trong một đơn vị thời gian

- Dòng điện ký hiệu là: I ( Ampe)

- Quy ước chiều dòng điện từ cực dương sang cực âm của nguồn (i>0), ngược lại (i<0)

j i

e i

- Đơn vị công suất là watt (w)

- p(t) là một đại lượng đại số nên có thể âm hoặc dương tại thời điểm t nào

đó Nếu p > 0 thì tại thời điểm t đó phần tử thực sự hấp thụ năng lượng với công suất là p, còn nếu p < 0 thì tại thời điểm t đó phần tử thực sự phát ra năng lượng (tức năng lượng được đưa từ phần tử mạch ra ngoài) với công suất là | p |

4.3 Nguồn dòng điện

Nguồn dòng điện hay còn được gọi là nguồn điện có nhiệm vụ cung cấp và duy trì một dòng điện cho mạch ngoài của nguồn điện

5 Phần tử điện trở.

Phần tử điện trở: là phần tử đặc trưng cho hiện tượng tiêu tán năng lượng điện

từ, quan hệ giữa dòng và áp trên hai cực của phần tử điện trở là: u = R.i

5.1 Phần tử điện cảm.

Phần tử điện cảm: là phần tử đặc trưng cho hiện tượng tích phóng năng lượng

trường từ, quan hệ giữa dòng và áp trên hai cực phần tử điện cảm: u= dt

di L.

5

5.2 Phần tử điện dung.

Phần tử điện dung: là phần tử đặc trưng cho hiện tượng tích phóng năng lượng

trường điện, quan hệ giữa dòng và áp trên hai cực tụ điện: i= dt

du C.

thông số cơ bản của mạch điện, đặc trưng cho quá trình tích phóng năng lượng trường điện

6 Phân loại và các chế độ làm việc của mạch điện

Chế độ làm việc của mạch điện còn được gọi là sơ đồ thay thế mạch điện, trong đó kết cấu hình học và quá trình năng lượng giống như ở mạch điện thực, song các phần tử của mạch điện thực đã được mô hình hóa bằng các thông số R,

L , C , e , j

7 Phân loại mạch điện

7.1 Theo loại dòng điện

- Mạch điện một chiều: Dòngđiện một chiều là dòng điện có chiều không đổi theo thời gian Mạch điện có dòng điện một chiều chạy qua gọi là mạch điện một chiều Dòng điện có trị số và chiều không thay đổi theo thời giangọi là dòng điện không đổi

- Mạch điện xoay chiều: Dòng điện xoay chiều là dòng điện có chiều biến đổi theo thời gian Dòng điện xoay chiều được sử dụng nhiều nhất làdòng điện hình sin

7

8.1 Chế độ xác lập

Chế độ xác lập là quá trình, trong đó dưới tác động của các

nguồn, dòng điện và điện áp trên các nhánh đạt trạng thái ổn định Ở chế độ xác lập, dòng điện, điện áp trên các nhánh biến thiên theo một quy luật giống với quy luật biến thiên của nguồn điện

8.2 Chế độ quá độ

Chế độ quá độ là quá trình chuyển tiếp từ chế độ xác lập này sang chế độ xác lập khác Ở chế độ quá độ, dòng điện và điện áp biến thiên theo các quy luậtkhác với quy luật biến thiên ở chế độ xác lập

9 Các phép biến đổi tương đương

9.1 Điện trở ghép nối tiếp, song song

Trong trường hợp mạch điện có n điện trở mắc nối tiếp, có thể biến đổi tương đương thành mạch điện như sau:

Biến đổi tương đương các điện trở mắc nối tiếp

Áp dụng định luật ohm ta có :

U1 = I.R1

Như vậy, đối với một mạch điện có các điện trở mắc nối tiếp, ta có:

- Dòng điện chạy qua các điện trở là như nhau

- Điện áp của toàn mạch bằng tổng điện áp trên các điện trở

- Điện trở tương đương của mạch bằng tổng các điện trở thành phần

Mạch điện trở mắc song song

Biến đổi tương dương các điện trở mắc song song

Như vậy trong mạch điện có các điện trở mắc song song thì:

- Điện áp rơi trên các thành phần là như nhau - Dòng điện qua mạch bằng tổngcác dòng điện qua các thành phần - Nghịch đảo của điện trở tương đươngbằng tổng nghịch đảo của các điện trở thành phần

* Hai điện trở mắc song song

9

9.2 Biến đổi tam giác - sao và sao – tam giác.

Biến đổi tương đương điện trở mắc hình sao sang tam giác: sao (Y) – tam giác(∆)

Sơ đồ biến đổi sao (Y) – tam giác(∆)

Biến đổi tương đương điện trở mắc hình tam giác sang sao : tam giác(∆) sao (Y)

-Sơ đồ biến đổi sao (Y) – tam giác(∆)

11

Chương 2 : Mạch điện một chiều

1 Các định luật cơ bản trong mạch một chiều

1.1 Định luật Ohm

Cường độ dòng điện trong một đoạn mạch tỷ lệ thuận với hiệu điện thế ở haiđầu đoạn mạch tỷ lệ nghịch với điện trở của đoạn mạch

1.2 Định luật Kirchooff

a Định luật Kirchooff 1: nói lên mối quan hệ giữa các dòng điện tại một nút.

 Tổng đại số các dòng điện tại một nút thì bằng không

0 1

b.Định luật Kirchooff 2: chỉ rõ các mối liên hệ giữa điện áp trong một vòng kín.

Đi theo một vòng kín với chiều tùy ý, tổng đại số điện áp rơi trên các nhánh bằng không

0 1

U

Định luật Kirchooff 2 phát biểu lại như sau:

Đi theo một vòng kín với chiều tùy ý, tổng đại số các điện áp rơi trên các nhánh bằng tổng đại số các sđđ có trong vòng, trong đó các sđđ và dòng điện nào có chiều trùng với chiều đi của vòng sẽ mang dấu dương ngược lại mang dấu âm

2 Các phương pháp giải mạch một chiều

2.1 Phương pháp biến đổi điện trở. (phương pháp này chủ yếu sử dụng định luật omh)

 Các điện trở mắc nối tiếp: trong đoạn mạch mắc nối tiếp dòng điện qua

các phần tử là như nhau (I1=I2=I3=…=In)

U Rn R

R R

+ + + + 2 3

Trong đó: Rtđ=R1+R2+R3+…+Rn

Ví dụ : R1= 1 (Ω), R2= 3 (Ω), R3= 4 (Ω), UAB= 10 (V)

Tính RAB, IAB

 Các điện trở mắc song song: trong đoạn mạch mắc song song điện áp ở

hai đầu mỗi mạch nhánh bằng nhau và bằng điện áp hai đầu đoạn mạch

R R Rtđ

1

3

1 2

1 1

Ẩn số bài toán là dòng điện nhánh

Bước 1: Tùy ý vẽ chiều dòng điện trong các nhánh, chọn chiều đi của vòng Bước 2: Xác định số nút, số nhánh và số vòng dộc lập (mắc lưới ), nếu gọi n là

số nút, m là số nhánh số phương trình cần phải viết là:

 Viết (n-1) phương trình k1 Không cần viết cho nút thứ n vì có thể suy ra

từ (n-1) phương trình đã viết

 Viết m-(n-1) = (m+1-n) phương trình k2 Vậy ta phải chọn (m = 1-n) mắc lưới

 Tại nút A: I 1 +I 2 -I 3 =0 (1)

 Vòng I : I 1 R 1 +I 3 R 3 =E 1 (2)

 Vòng II : I 2 R 2 +I 3 R 3 = E 2 (3)

Bước 3: Giải hệ phương trình (1), (2) và (3) tìm I1,I2, I3.

Ví dụ 1: Cho mạch điện như hình vẽ.

(-I2+I3)+5I3= 8 ⇒

-I2+6I3= 8 (5)Giải hệ phương trình (3) và (5)

3I2+5I3 = 5 (3) 3I2+5I3 = 5 (3)

3 x -I2+6I3 = 8 (5) -3I2+18I3 = 24 (6)

Nhân 2 vế phương trình (5) với 3 Lấy pt (3) + pt (6)

29 5 5

145 184 23

29 5

29 23

10 23

Chú ý: Nếu giải ra dòng điện nào đó có giá trị âm ta kết luận chiều dòng điện đó

đi trong mạch ngược với chiều ta chọn Vậy chiều I2 đi trong mạch ngược với chiều đã chọn

Ví dụ 2 : Cho mạch điện một chiều như hình vẽ.

3I2-4I3 = 3 (3) 2I2+6I3= -2 (5)

Áp dụng phương pháp giải hệ phương trình bậc nhất hai ẩn số để giải hệ pt (3)

26

48 2

12 26

10 26

−

Vậy chiều I1, I3 đi trong mạch ngược với chiều đã chọn

2.3 Phương pháp dòng điện vòng.

Phương pháp:Ẩn số của hệ phương trình là dòng điện vòng

Gọi m là số nhánh n là số nút số vòng độc lập cần phải chọn là m-n+1.Mỗi vòng

sẽ có một dòng điện vòng chạy khép kín trong vòng ấy

17

 Dòng điện chạy khép kín trong vòng a gọi là dòng Ia.

 Dòng điện chạy khép kín trong vòng b gọi là dòng Ib

 Các dòng điện Ia, Ib là ẩn số của hệ phương trình

Bước 1: chọn chiều các dòng điện vòng Ia,Ib

Bước 2: viết hệ phương trình k2 cho(m-n+1)vòng.

(tổng đại số điện áp rơi trên các nhánh của vòng do các dòng điện vòng gây ra bằng tổng đại số các sức điện động có trong vòng, trong đó các sđđ, các dòng điện vòng có chiều trùng với chiều đi của vòng sẽ mang dấu dương ngược lại mang dấu âm)

 Vòng a: I a R 1 +I a R 3 +I b R 3 =E 1 (1)

 Vòng b: I b R 3 +I b R 2 +I a R 3 =E 2 (2)

Bước 3: Giải hệ phương trình tìm Ia, Ib

Bước 4: Tính dòng điện nhánh như sau:

 Dòng điện trên một nhánh bằng tổng đại số các dòng điện vòng đi qua nhánh ấy, trong đó dòng điện vòng nào có chiều trùng với chiều dòng điệnnhánh sẽ mang dấu dương ngược lại mang dấu âm

Cho u(t) = 8cost(V)

Tính công suất tòan mạch và uR

Hướng dẫn giải

Biến đổi sơ đồ mạch điện sang sơ đồ phức

Ap dụng phương pháp biến đổi tương đương ta có

Z 1 j 0,2 0,6j 1,2 0,4j 1,3 18 ( )

0

) V ( 435 , 45 77 , 2 I 1.

U

0,5j 1

0,5j

18 6,2

I

) A ( 18 6,2

18 1,3

0 8 I

1 R

0 1

0 0

1,2.6,2 P

Biến đổi sơ đồ mạch điện sang sơ đồ phức

Ap dụng phương pháp biến đổi tương đương ta có :

A I

j j

j j

Z td

0 0

0

0

27 25 2 27 8

0 18

27 8 6 3 2 7 2

4

) 2 2 (

* 2 4 6

=

−

− +

+

=



W P

V j

U

j I

tm

c

2 18 2

25 , 2 5 7

90 4 4 0 1

0 1 2

4

27 25 , 2 2

2

0 0

0 0

1 I 4 I 2j

0 3 I I

R 2

1

2 1

= +

−

−

= +

2

3 j) 2

3 2

3 ( 3 45 2

3 3

3

(A)

Bài 4 Cho mạch điện như hình vẽ:

Tính công suất tác dụng của nguồn, tổng tổng công suất tiêu tán trên tải và uC?

Hướng dẫn giải

Biến đổi sơ đồ mạch điện sang sơ đồ phức

Ap dụng phương pháp biến đổi tương đương ta có

Ztđ = 3 + 4j = 5

0 53

∠Ω

0 0

.

53 2 53 5

1

.

53 5 , 1 12 4

12 53 2

(1,5) 4

I P

12,04(W) )

10.2cos(53 U.Icos

Png

4Ω 12Ω

2 2

1 4Ω

) ( 90 22

22j 10j

0 220 I

) ( 90 22 22j 10j

0 220 I

5 4 3

0 0

5

0 0

4

= +

) A ( 45 15,5

20

45 2

220 20

220j 0

220 I

Tính dòng điện các nhánh và V12 ?

Hướng dẫn giải

A

0 0

0 0

45 2

0 100 j

1

-0 100

0 0

45 2

0 100 j

1

0 100

∠

=



A 0 100 I I

1 I.

1

2 1

40,1.2,33

P

A 22 2.33 22

0 0

Bài 8 Cho mạch điện như hình vẽ:

Tìm VX

, công suất tác dụng toàn mạch ?

Hướng dẫn giải

V 22 9.2 112 2j.4,6 V

A 112 4.6 2j 2 5j 5

5j 5 90 5 I

0 0

x

0 0

) (2.4,6 )

(5.1.86 P

A 22 1.86 2j 2 5j 5

2j 2 90 5 I

2 2

tm

0 0

45 150

j8.66 5

45 150

45 150



A 45 15 10j

45 150

Ω 58 4.55 A

13 33

45 150 Z

A 13 33 I I I I

I

0 0

0 V

0 4

3 2 1

7

0 10

0 0

45 2

90 1 8 2 j2 2

j2 I

2

1 2.(

0 0

0

45 2

1 8 2 j2 2

2 I

90 2

37 1 j2) (

Chương 3: Từ trường và cảm ứng điện từ

1 Khái niệm cơ bản về từ trường.

Từ trường là môi trường vật chất đặc biệt, bao quanh các hạt mang điện tích, có sự chuyển động như nam châm, dòng điện,…Nó gây ra lực từ, tác động lên vật mang từ tính đặt trong nó

Tính chất cơ bản nhất của từ trường đó chính là tác dụng lực từ lên nam châm hoặc lên dòng điện đặt trong nó Vậy từ trường không tồn tại ở đâu? Từ trường sẽ không tồn tại ở xung quanh các điện tích đứng yên

Từ trường không thể nhìn bằng mắt thường, nên cách nhận biết từ trường cũng không hề đơn giản Để kiểm tra từ trường có tồn tại xung quanh một vật hay không thì bạn hãy thử bằng cách đưa vật đó tới gần một vật có tính từ Hiện nay, mọi người thường sử dụng nam châm để xác định Kim nam châm luôn ở trạng thái cân bằng theo hướng N-B, nếu có từ trường nó sẽ bị lệch hướng, nên người dùng dễ dàng nhận biết

Hiểu một cách đơn giản nhất, từ trường là môi trường vật chất bao quanh các hạt mang điện và có sự chuyển động Từ trường sẽ gây ra lực từ tác dụng lênvật khi có từ tính đặt trong nó Để hiểu rõ hơn ruaxetudong.org sẽ lấy một số ví

dụ để bạn hiểu rõ hơn đó là:

- Hai nam châm sẽ hút nhau khi chúng đặt trong vùng từ trường của nhau

- Lực của từ trường tác dụng xuyên qua không gian

- Tương tác từ giữa hai dòng điện song song cùng chiều sẽ hút nhau và đẩy nhau khi chúng ngược chiều

2 Các đại lượng từ cơ bản

* Cường độ từ trường

27

Là đại lượng đặc trưng cho độ mạnh yếu của từ trường, ký hiệu là H đơn

vị là A/m

* Độ từ cảm

Là đại lượng đặc trưng cho vật có từ tính chịu tác động của từ trường, độ

từ cảm phụ thuộc vào vật liệu VD Sắt có độ từ cảm mạnh hơn đồng nhiều lần

Độ từ cảm được tính bởi công thức

Theo biểu diễn cổ điển của lực điện từ, lực này gồm hai thành phần, do điện trường tạo ra (lực điện) và do từ trường tạo ra (lực từ)

Chú ý rằng "lực Lorentz" dùng để nói về thành phần gây ra bởi từ trường, đôi khi chỉ cả lực điện từ Lý do là trong lý thuyết điện từ và lý thuyết tương đối,

từ trường và điện trường được thống nhất thành một trường tạo ra tương tác duy nhất gọi là trường điện từ Đặc biệt, trong lý thuyết tương đối, biểu thức lực từ

và lực tĩnh điện quy tụ về một biểu thức duy nhất

Việc thống nhất lực điện và lực từ thành một loại lực điện từ cũng phù hợp với quan điểm của lý thuyết điện động lực học lượng tử Theo lý thuyết này,lực điện từ được gây ra bởi sự trao đổi của hạt trường là photon.

Mô hình chuẩn ghi nhận lực điện từ là một trong bốn lực cơ bản của tự nhiên

4 Cảm ứng điện từ.

4.1 Nguyên tắc biến cơ năng thành điện năng.

Máy phát điện là một thiết bị có khả năng biến đổi cơ năng thành điệnnăng, nguyên lý làm việc của máy phát điện được thông qua ứng dụng củanguyên lý cảm ứng điện từ và các định luật về những tác dụng của lực từ trườngtrên dòng điện

Hiện tượng cảm ứng điện từ : Khi số đường sức từ của nam châm đixuyên qua tiết diện của cuộn dây tăng giảm một cách luân phiên (do nam châmquay tròn hoặc do cuộn dây quay tròn), khi đó, trong cuộn dây cũng xuất hiệndòng điện cảm ứng luân phiên đổi chiều

Trong thực tế, các nhà sản xuất dựa vào hiện tượng trên để phân thành 2loại máy phát điện: Máy phát điện xoay chiều 3 pha và máy phát điện xoaychiều một pha

29

Về cơ bản thì 2 loại máy phát điện này đều là máy đồng bộ Tuy nhiên vềcấu tạo và nguyên tắc hoạt động thì có đôi chút sự khác biệt.

Máy phát điện 1 pha: cấu tạo phần stato có thể là phần ứng (hoặc phầncảm), ngược lại thì roto có thể là phần cảm (hoặc phần ứng)

Khi roto quay, trong các cuộn dây sẽ xuất hiện một xuất điện động biếnthiên trong mạch

Nếu ta đưa suất điện động xoay chiều này ra ngoài thì ở mạch ngoài sẽxuất hiện một dòng điện xoay chiều

Máy phát điện 3 pha: có cấu tạo gồm 2 phần chính là stato và roto Statođược làm từ nam châm điện, còn roto được cấu tạo gồm 3 cuộn dây giống nhauđặt đặt lệch nhau 1 góc 1200

Khi roto quay đều , trên các cuộn dây xuất hiện xác xuất điện động cảmứng xoay chiều

Khi các suất điện động này được đưa ra mạch ngoài thì sẽ sản sinh rathành các dòng điện xoay chiều 3 pha

Các máy phát điện hoạt động theo nguyên lý này được sử dụng rộng rãivới nhiều ưu điểm như giá thành tương đối thấp, công suất hoạt động cao,…

Các máy phát điện động cơ xoay chiều có dải công suất rộng nên được sửdụng phổ biến

4.2 Nguyên tắc biến điện năng thành cơ năng

Động cơ điện là máy điện dùng để chuyển đổi năng lượng điện sang nănglượng cơ Còn sản phẩm máy điện sử dụng để chuyển đổi ngược lại từ cơ sangđiện được gọi là máy phát điện hay dynamo

Các động cơ điện thường gặp, được dùng trong nhà phổ biến như quạtđiện, tủ lạnh, máy giặt, máy bơm nước

- Cấu tạo của động cơ điện

Động cơ điện gồm 2 phần chính là phần đứng yên và phần chuyển động.Phần đứng yên (stato) gồm phần quấn dây của ba pha điện quấn trên các lõi sắt,

bố trí trên một vành tròn và tạo ra các từ trường quay Phần chuyển động rotođược quấn nhiều vòng, có tác dụng như một cuộn dây quấn trên lõi thép

Khi cuộn dây trên rotor và stator được kết nối với nguồn điện sẽ tạo ra các

từ trường xung quanh Sự tương tác giữa từ trường, rotor và stator tọa ra nhữngchuyển động quay của rotor hay stator, quanh trục hay một modem

- Nguyên lý hoạt động

Phần lớn những loại động cơ điện hoạt động theo nguyên lý điện từ Tuynhiên, những loại động cơ dựa trên những nguyên lý khác như lực tĩnh điện vànhững hiệu ứng điện áp cũng được áp dụng

Nguyên lý cơ bản mà những động cơ dựa vào là có một lực cơ học trênnguồn dây có dòng điện chạy qua nằm trong một từ trường

5 Dòng điện Phu cô - Hiệu ứng mặt ngoài

31

Dòng điện Foucault là dòng điện xoáy cảm ứng được sinh ra khi ta đặtmột vật dẫn điện chuyển động cắt ngang từ trường hay vật dẫn được đặt vào một

từ trường biến đổi theo thời gian

- Tính chất dòng điện Fuco

Dòng điện Fuco có tính chất xoáy và lực Lorentz là yếu tố sinh ra dòngđiện Fuco, khi các hạt tính điện Electron chuyển động tự do trong các vật dẫntrong từ trường sẻ chịu tác động của lực Lorentz do từ trường gây ra sẻ làm lệchquỹ đạo chuyển động

Như thế có nghĩa là các hạt tích điện cũng chuyển động tương đối cùngvới vật dẫn tạo ra từ trường xoáy chính là dong dien fuco Nhưng dòng điện này

bị cản lại bởi điện trở của vật dẫn nên sản sinh ra nhiệt năng làm nóng vật dẫnđiện Dưới định luật bảo toàn năng lượng thì động năng của vật dẫn hóa thànhnhiệt năng làm cho vật dẫn nóng lên

- Tác hại dòng điện Fuco

Hiện nay trong các máy biến thiến và động cơ điện, lõi sắt cửa chúngnăng trong từ trường biến đổi, trong lõi có các dòng điện phuco xuất hiện, dohiệu ứng Joule-lenz nên năng lượng dòng điện phuco sẻ chuyển hóa thành nhiệtnăng làm nóng máy và một phần nữa là gây hao phí làm giảm hiệu suất hoạtđộng của máy

Để hạn chế tình trạng này nhiều người phải hạ dòng điện Fuco xuốngbăng cách tăng điện trở của lõi, người ta không dùng cả khối sắt lớn làm lõi mà

dùng nhiều lá sắt mỏng được sơn cách điện rồi ghép vào nhau sao cho các lát cắtsong song với chiều của từ trường

Khi đó dòng điện Fuco chỉ chạy trong từng lá mỏng, vì từng lá đơn lẻ sẻ

có kích thước nhỏ do đó điện trở lớn nên cường độ dòng điện Fuco sẻ bị giảmnhiều so với dòng điện Fuco trong một khối sắt lớn và khi đó năng lượng điệnhao phí cũng giảm đi đáng kể

Đây là lý do tại sao các máy biến thế truyền thống thường dùng các lõitôn silic được cán mỏng bởi chung có điện trở sẻ làm giảm phao phí dòng điệnFuco Trong các kĩ thuật cao tầng và siêu cao tầng nhiều người bắt buộc phải sửdụng lõi dẫn từ là các vật liệu gốm có điện trở suất cao làm tổn hao Fuco đượcgiảm thiểu

- Lợi ích dòng điện Fuco

Người ta thường đặt kim loại vào trong lò rồi rút không khí bên trong ra,xung quanh lò được quấn dây điện, cho dòng điện xoay chiều có tầng số chayqua cuộn dây khi đó nó sẻ tạo ra từ trường biến đổi nhanh làm xuất hiện dòngđiện Fuco cực mạnh và tỏa nhiệt cực cao đủ để làm nóng chảy các vật thể kimloại

+ Bếp từ

33

Bếp từ cũng hoạt động dựa trên nguyên tắc tương tự, khi khởi động nguồnđiện thì Fuco bắt đầu hình thành, từ đáy nồi bằng kim loại nằm trong từ trường

sẻ nóng lên giúp nấu chín thức ăn

+ Đồng hồ đo điện

Một số loại đồng hồ điện hiện nay cũng được sản xuất hoạt động dựa trêndòng điện Fuco, người ta gắng vào một đầu của kim một đĩa kim loại nhỏ bằngnhôm, đặt đĩa này nằm trong từ trường của một nam châm vĩnh cửu

Khi kim chuyển động, đĩa kim loại cũng chuyển động theo, từ thông qua đĩathay đổi làm xuất hiện trong đĩa những dòng Fuco Dựa vào định luật Lenz thìdòng điện Fuco tương tác với nam châm gây ra lực chống lại sự chuyển độngcủa đĩa, kết quả là dao động của kim bị tắt đi nhanh chóng

+ Máy phát điện

Một trong những ứng dụng của dòng điện Fuco nữa là dùng để làm máyphát điện, khi dòng điện chạy trong kim loại nó sẻ dần chuyển động điện năngthành vật dẫn năng lượng của dòng điện, khi đó bạn có thể sử dụng để làm máyphát điện

Ngoài ra, dòng điện Fuco còn được ứng dụng trong ngành y tế, dùng để

dò kim loại và sản xuất Microphone

Chương 4 : Dòng điện xoay chiều hình sin

1 Khái niệm dòng điện xoay chiều hình sin

1.1 Định nghĩa

Là dòng điện thay đổi chiều và độ lớn theo thời gian

Dòng điện hoặc sức điện động có tri số biến đổi tuần hoàn theo quy luật của một hàm hình sin→gọi là sức điện động hay dòng điện hình sin

1.2 Nguyên lý tạo ra dòng điện hình sin

Thí nghiệm: Đặt một khung dây N vòng trong từ trường đều rồi cho khung dây quay đều trong từ trường này với tốc độ góc như mô phỏng trong hình ảnh sau đâu:

35

Trong đoạn hình này: Màu đỏ là cực bắc (N) của nam châm, màu xanh làcực nam (S) của nam châm Lúc t = 0 : và trùng nhau (hợp với nhau một gócbằng 0).

1.3 Các thông số đặc trưng cho đại lượng hình sin

+ Chu kỳ: là khoảng thời gian ngắn nhất để sức điện động (e) hoặc là dòng điện

(i) trở về giá trị cũ

Ký hiệu : T= ω

Π 2

(giây)

+ Tần số: là số chu kỳ trong một đơn vị thời gian (1giây).

ký hiệu: f, đơn vị đo là hec (hz)

f= Π

= 2

T

(hz)

+ Pha: là trạng thái biến đổi của sức điện động (hay dòng điện) theo thời gian

(tăng lên hay giảm xuống qua trị số không và cực đại) gọi là pha của sức điện động hoặc dòng diện

+ Sự lệch pha: nếu hai dòng điện hoặc hai sức điện động hình sin có trị số biến

đổi đồng thời

( cùng tăng lên cùng giảm xuống qua trị số 0 và cùng cực đại, cùng đổi chiều ) thì gọi là hai dòng điện (hoặc sđđ) cùng pha Trái lại là sự lệch pha

2 Giá trị hiệu dụng dòng điện hình sin

Để đo và đánh giá được các giá trị của dòng điện xoay chiều như cường độdòng điện, hiệu điện thế, sức điện động Người ta dựa vào giá trị hiệu dụng củadòng điện xoay chiều

Trị hiệu dụng I của một dòng điện i(t) biến thiên tuần hoàn trong một chu

kỳ T bằng với dòng điện không đổi gây ra cùng một công suất tiêu tán trungbình trên một điện trở R

( )

2

1

.

1

0

2 0

3 Biểu diễn lượng hình sin bằng đồ thị

3.1 Biểu diễn lượng hình sin bằng đồ thị thời gian

37

Dòng điện hoặc sức điện động có tri số biến đổi tuần hoàn theo quy luật

của một hàm hình sin→gọi là sức điện động hay dòng điện hình sin

3.2 Biểu diễn lượng hình sin bằng đồ thị véc tơ

Một lượng hình sin, có thể biểu thị bằng một biểu thức hoặc bằng một vectơ

* phương pháp :

 Độ dài của vectơ bằng trị số cực đại của lượng hình sin

 Góc pha đầu là góc hợp bởi vectơ đó với trục hoành ở thời điểm ban đầu

 Tốc độ góc quay của vectơ đó bằng tóc độ góc của lượng hình sin

 Chiều quay của vectơ đó ngược với chiều kim dồng hồ

 Hình chiếu của vectơ đó trên trục tung là trị số tức thời của lượng hình

sin

Ví dụ: e=Em.sin( 30 )

0 +

2 1

cos cos

.

sin sin

.

ϕ ϕ

ϕ ϕ

ϕ

m m

m m

E E

E E