Giáo trình Kỹ thuật điện (Nghề: Cơ điện nông thôn) - Trường CĐ Cộng đồng Lào Cai

(NB) Giáo trình Kỹ thuật điện cung cấp cho người học những kiến thức như: Khái niệm cơ bản về mạch điện; Mạch điện một chiều; Từ trường và cảm ứng điện từ; Mạch điện xoay chiều một pha; Mạch điện xoay chiều ba pha;...Mời các bạn cùng tham khảo!

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI

TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI

GIÁO TRÌNH NỘI BỘ

NGHỀ ĐÀO TẠO: CƠ ĐIỆN NÔNG THÔN

TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP

LƯU HÀNH NỘI BỘ

Năm 2017

LỜI GIỚI THIỆU

Bài giảng Kỹ thuật điện được biên soạn trên cơ sở chương trình chi tiết môn học Kỹ thuật điện của nghề điện công nghiệp, được viết cho đối tượng đào tạo hệ cao đẳng và trung cấp có thể sử dụng được Bài giảng Điện kỹ thuật là một trong những tập bài giảng kü thuËt cơ sở nghề quan trọng trong chương trình đào tạo cao đẳng và trung cấp nghề.Vì vậy nội dung đã bám sát chương trình khung của nghề nhằm đạt mục tiêu đào tạo của nghề đồng thời tạo điều kiện cho người sử dụng tài liệu tốt và hiệu quả Bài giảng được xây dựng với sự tham gia của các giáo viên trong khoa Điện- Điện tử Trường CĐ Lào cai

Giáo trình được chia làm 03 chương, trong đó:

Chương 1: Cung cấp các kiến thức về các phần tử tạo thành mạch điện và các

phép biến đổi tương đương trong mạch điện

Chương 2: Cung cấp các kiến thức về các đi ̣nh luật và phương pháp giải trong

mạch điện một chiều

Chương 3: Cung cấp các kiến thức về từ trường, lực từ, đường sức từ trường; vận

dụng để xác định được phương, chiều, độ lớn của lực điện từ, của véc tơ sức điện động cảm ứng, từ thông

Chương 4: Cung cấp các kiến thức về các đa ̣i lượng và tính chất của mạch điện xoay chiều một pha

Chương 5: Cung cấp các kiến thức về các đa ̣i lượng và tính chất của mạch điện xoay chiều ba pha

Tác giả bày tỏ sự cảm ơn chân thành đến Ban giám hiệu, Phòng Đào tạo, Khoa Điện – Điện tử đã tạo điều kiện để bài giảng được hoàn thành Bài giảng biên soạn khó tránh khỏi thiếu sót, rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ các đồng nghiệp và các bạn đọc để bài giảng ngày càng hoàn thiện hơn

MỤC LỤC

LỜI GIỚI THIỆU 1

CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN 4

1 MẠCH ĐIỆN VÀ MÔ HÌNH MẠCH ĐIỆN 4

2 CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG 9

CHƯƠNG II: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU 16

1 CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN 16

2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU 21

CHƯƠNG III: TỪ TRƯỜNG VÀ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ 25

1 TỪ TRƯỜNG 25

2 LỰC ĐIỆN TỪ……… 39

3 KHÁI NIỆM VỀ MẠCH ĐIỆN TỪ 42

4 CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ 44

CHƯƠNG IV: MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA 38

1 NGUYÊN LÝ SINH RA SỨC ĐIỆN ĐỘNG XOAY CHIỀU HÌNH SIN MỘT PHA 38

2 CÁC ĐẠI LƯỢNG CỦA DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU 39

3 BIỂU DIỄN LƯỢNG HÌNH SIN BẰNG ĐỒ THỊ 41

4.TÍNH CHẤT MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU 44

5.HỆ SỐ CÔNG SUẤT 65

CHƯƠNG V: MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA 67

1 NGUYÊN LÝ SINH RA SỨC ĐIỆN ĐỘNG BA PHA 67

2 ĐẤU DÂY HỆ THỐNG MẠCH ĐIỆN BA PHA 69

3 CÔNG SUẤT MẠCH ĐIỆN BA PHA ĐỐI XỨNG 73

TẬP BÀI GIẢNG MÔN HỌC: KỸ THUẬT ĐIỆN Tên môn học: Kỹ thuật điện

Mã môn học: MH 07

I VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MÔN HỌC:

- Vị trí môn học: Môn học được bố trí song song hoặc sau khi học sinh học xong các môn học chung và trước các môn học/ mô đun chuyên môn

- Tính chất của môn học: Là môn học lý thuyết cơ sở bắt buộc

II MỤC TIÊU MÔN HỌC:

CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN

I MỤC TIÊU CỦA CHƯƠNG:

- Trình bày được nhiệm vụ, vai trò của các phần tử tạo thành mạch điện

- Tính toán, biến đổi tương đương trong mạch điện

- Giải thích một số ứng dụng đặc trưng theo quan điểm của kỹ thuật điện

II NỘI DUNG CHI TIẾT

1 MẠCH ĐIỆN VÀ MÔ HÌNH MẠCH ĐIỆN

1.1 Các khái niệm cơ bản

- Là các thiết bị để biến đổi các dạng năng lượng như: Cơ năng, hoá năng, nhiệt năng,

thuỷ năng, năng lượng nguyên tử…thành điện năng

- Nguồn điện có thể là nguồn một chiều hoặc xoay chiều

+ Nguồn một chiều: Pin, acquy, máy phát điện một chiều,

+ Nguồn xoay chiều: Lấy từ lưới điện, máy phát điện xoay chiều,…

- Các nguồn điện công suất lớn thường được truyền tải từ các nhà máy điện (nhiệt điện, thủy điện, điện nguyên tử )

- Các nguồn điện một chiều thường được đặc trưng bằng sức điện động E, điện trở trong r Với nguồn xoay chiều thường biểu diễn bằng công suất P (công suất máy phát)

và điện áp ra u

b Thiết bị tiêu thụ điện (Phụ tải)

Là các thiết bị sử dụng điện năng để chuyển hóa thành một dạng năng lượng khác, như dùng để thắp sáng (quang năng), chạy các động cơ điện (cơ năng), dùng để chạy các lò điện (nhiệt năng) Các thiết bị tiêu thụ điện thường được gọi là phụ tải (hoặc tải) và ký hiệu bằng điện trở R hoặc bằng tổng trở Z

c Dây dẫn

Có nhiệm vụ liên kết và truyền dẫn dòng điện từ nguồn điện đến nơi tiêu thụ Thường làm bằng kim loại đồng hoặc nhôm và một số vật liệu dẫn điện có điện dẫn suất cao khác

d Các thiết bị phụ trợ:

- Dùng để đóng cắt như: Cầu dao, công tắc, aptômát, máy cắt điện, công tắc tơ

- Dùng để đo lường: Ampe mét, vôn mét, oát mét, công tơ điện…

- Dùng để bảo vệ: Cầu chì, rơ le, …

1.1.2 Dòng điện và chiều qui ước của dòng điện

Khi đặt vật dẫn trong điện trường, dưới tác dụng của lực điện trường, các điện tích dương sẽ di chuyển từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp hơn, còn các

điện tích âm (các điện tử) sẽ di chuyển ngược lại từ nơi có điện thế thấp đến nơi có

điện thế cao hơn và tạo thành dòng điện

Vậy: Dòng điện là dòng các điện tử chuyển dời có hướng dưới tác dụng của lực điện trường

* Chiều quy ước của dòng điện:

Theo quy ước: chiều dòng điện là chiều chuyển rời của các điện tích dương

Hình 1.3: Một số loại phụ tải thông dụng Hình 1.2: Một số loại nguồn điện

+ Trong kim loại : Dòng điện là dòng các điện tử chuyển dời có hướng Vì điện

tử di chuyển từ nơi có điện thế thấp hơn đến nơi có điện thế cao hơn nên dòng điện tử ngược với chiều quy ước của dòng điện

+ Trong dung dịch điện ly : Dòng điện là dòng các ion chuyển dời có hướng

Nó gồm có hai dòng ngược chiều nhau đó là: Dòng ion dương có chiều theo chiều quy ước của điện trường và dòng ion âm có chiều ngược chiều quy ước Các ion dương sẽ

di chuyển từ Anốt (cực dương) về Catôt (cực âm) nên gọi là các Cation, các ion âm di chuyển từ catốt về Anôt nên gọi là các Anion

+ Trong môi trường chất khí bị ion hoá : Dòng điện là dòng các ion và điện tử

chuyển dời có hướng Nó gồm có dòng ion dương đi theo chiều của điện trường từ Anốt về Catốt, và dòng ion âm và điện tử đi ngược chiều điện trường từ Catốt về Anốt

Như vậy trong vật dẫn, dòng điện sẽ đi từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp, trong nguồn điện thì ngược lại dòng điện đi từ cực có điện thế thấp đến cực

có điện thế cao

1.1.3 Cường độ dòng điện

Đại lương đặc trưng cho độ lớn của dòng điện được gọi là Cường độ dòng điện,

ký hiệu là I (hoặc i)

Cường độ dòng điện là lượng điện tích qua tiết diện dây dẫn trong một đơn vị thời gian (tính bằng giây)

t

q

(1.11) Trong đó:

I: Cường độ dòng điện, đơn vị là ampe (A)

t: thời gian, đơn vị là giây (s)

q: lượng điện tích, đơn vị là culong (C)

đơn vị tiết diện dây

mm

Cường độ dòng điện dọc theo một đoạn dây dẫn là không đổi thì chỗ nào dây dẫn có tiết diện nhỏ thì mật độ dòng điện sẽ lớn và ngược lại

1.2 Mô hình mạch điện

Khi tính toán , mạch điện thực được thay thế bằng một sơ đồ gọi là mô hình mạch điện, trong đó các phần tử thực được thay thế bằng các phần tử lý tưởng: E, J, R

- Yêu cầu về mô hình mạch điện: mô hình mạch điện phải đảm bảo kết cấu hình học và quá trình năng lƣợng giống nhƣ mạch điện thực

- Một mạch thực có thể có nhiều mô hình mạch điện, điều đó là tuỳ thuộc vào mục đích nghiên cứu và điều kiện làm việc của mạch điện

Công suất điện trở tiêu thụ: P = RI2 ; (1.2)

- Điện năng tiêu thụ trên điện trở trong khoảng thời gian t là:

t RI

e L  (1.6)

- Đơn vị của điện cảm là H (Henri)

Quan hệ giữa dòng điện và điện áp trên điện cảm:

UL = - eL = - L

dt

di

(1.7)

UL: còn gọi là điện áp rơi trên điện cảm

Công suất trên cuộn dây: PL = UL.i = L.i

I

U R

R

d C

=

dt

U d

c C

 UC = 1

0

.

1

dt i

C

U C

(1.13) Nhƣ vậy điện dung C đặc trƣng cho hiện tƣợng tích lũy năng lƣợng điện trong

tụ diện Đơn vị của điện dung là: F (Fara)

d Phần tử nguồn điện áp u(t)

- Nguồn điện áp đặc trƣng cho khả năng tạo nên và duy trì một điện áp trên hai cực của nguồn Chiều điện áp đƣợc quy định từ điểm có hiệu điện thế cao xuống điểm

có hiệu điện thế thấp Chiều sức điện động đƣợc quy định từ điểm có điện thế thấp đến điểm có điện thế cao

- Quan hệ giữa sức điện động và điện áp đầu cực nguồn: u(t)= e(t)

2.1.1 Điện trở ghép nối tiếp, song song

2.1.1.1 Điện trở ghép nối tiếp

* Ghép nối tiếp các điện trở là cách ghép sao

cho chỉ có 1 dây điện duy nhất chạy qua tất cả các

điện trở (mạch điện không phân nhánh)

- Điện trở tương đương của các điện trở R1, R2,

* Ví dụ 2: Cần ít nhất mấy bóng đèn 24V, 12W đấu nối tiếp để đặt vào điện áp U =

Gải

Bóng đèn 24V không đấu trực tiếp với điện áp 120V được mà ta phải đấu nối tiếp nhiều bóng để đảm bảo điện áp trên mỗi bóng đèn không vượt quá điện áp định mức của bóng đền là 24V

Vì các bóng đèn giống nhau nên khi đấu nối tiếp thì điện áp đặt vào các bóng là như nhau Vậy số bóng cần đấu là:

J (t)

đm

P

U r

Điện trở tương đương của toàn mạch là: rtđ = n.r = 5.48 = 240 

2.1.1.2 Điện trở ghép song song

* Ghép song song các điện trở là cách ghép sao cho tất cả các điện trở đều đặt vào cùng 1 điện áp

Ghép song song là cách ghép phân nhánh, mỗi nhánh có 1 điện trở

111

2 1

2

1

R R

R R

- Ba điện trở đấu song song ( R1// R2//R3)

Rtđ =

3 2 3 1 2 1

3 2 1

R R R R R R

R R R

1

3 2 1

R R R R

R

R

R R R



 = 60.120 60.150 150.120

150.120.60



5 4 5 3 4 3

5 4 3

R

R R R

()

- Điện trở tương đương của đoạn mạch AD

RAD = R1 + R2 + RBC = 0,12 + 2 + 5,88 = 8 

2.1.2 Biến đổi  - Y và Y - 

2.1.2.1 Biến đổi sao (Y) thành tam giác ()

Giả thiết có 3 điện trở R1, R2, R3, nối với nhau theo hình sao (Y) Biến đổi các điện trở đấu sao trên thành các điện trở đấu với nhau theo hình tam giác theo các công thức sau:

Khi hình sao đối xứng: R1 = R2 = R3 = R ta có: R12 = R23 = R31

2.1.2.2 Biến đổi tam giác () thành sao (Y)

Giả thiết có 3 điện trở R12, R23, R31, nối với nhau theo hình tam giác () Biến đổi các điện trở đấu tam giác trên thành các điện trở đấu với nhau theo hình sao th eo các công thức sau:

0 2 1

2 1

R R R

R R

0 2 1

0 1

R R R

R R

0 2 1

2 0

R R R

R R

)213).(

66()).(

(

4 3

4 3

R R R R

R R R R

C B

C B

Điện trở tương đương toàn mạch:

2.2.CÁCH GHÉP NGUỒN ĐIỆN HÓA HỌC THÀNH BỘ

2.2.1 Nguồn áp ghép nối tiếp

Trong nhiều trường hợp, sức điện động và dòng điện của một phần tử không

thoả mãn yêu cầu sử dụng mà phải đấu nhiều nguồn điện với nhau thành bộ nguồn Các bộ nguồn có thể đấu nối tiếp hoặc song song với nhau tuỳ thuộc vào yêu cầu của mạch điện

Với nguồn xoay chiều người ta thường đấu song song các nguồn với nhau để đảm bảo công suất, nâng cao tính chắc chắn… tuy nhiên việc đấu song song các nguồn điện này cần phải đảm bảo một số điều kiện bắt buộc (tần số, góc pha, điện áp,…) sẽ nghiên cứu ở môn máy điện

Với nguồn một chiều pin, ác quy, … suất điện động nhỏ cỡ vài vôn đến vài chục vôn Trong nhiều trường hợp, sức điện động và dòng điện của một phần tử không thoả mãn yêu cầu sử dụng và phải đấu nhiều bộ pin, ác quy thành bộ nguồn Khi đấu thành bộ, người ta chỉ sử dụng các phần tử giống nhau, tức có cùng sức điện động là

E0 và điện trở trong r0 Có 3 cách đấu nguồn tương tự như cách đấu điện trở: nối tiếp, song song, hỗn hợp

* Trong thực tế người ta thường đấu nối tiếp các nguồn áp một chiều với nhau để tạo

ra điện áp lớn hơn:

Đấu nối tiếp là đấu cực âm phần tử thứ nhất với cực dương phần tử thứ hai, cực

âm phần tử thứ hai với cực dương của phần tử thứ ba, … Cực dương của phần tử thứ nhất và cực âm của phần tử cuối cùng là hai cực của bộ nguồn điện áp Gọi sức điện động của mỗi phần tử là Eo, thì sức điện động của cả bộ nguồn sẽ là:

 (1.38)

Kí hiệu điện trở trong mỗi phần tử là r0, điện trở của bộ nguồn là rb thì rb chính

là điện trở tương đương của n điện trở nối tiếp:

Dòng điên qua bộ nguồn điện áp là dòng điện qua mỗi phần tử, nên dung lượng nguồn bằng dung lượng mỗi phần tử

Ví dụ: Cho mạch điện (hình 1.12) Biết: E0 = 3V; r0 = 1Ω; n = 4; Rt = 4Ω Tìm dòng điện chạy qua Rt

2.2.2 Nguồn dòng ghép song song

Để có dòng điện thoả mãn yêu cầu mạch điện người ta cũng có thể đấu nối tiếp hoặc song song các nguồn dòng với nhau Trong nguồn điện một chiều (pin, ác quy ) dòng điện phóng khoảng cỡ vài phần mười đến vài phần chục am pe Do đó muốn có dòng điện lớn người ta ghép song song các nguồn dòng với nhau

Đấu song song các nguồn dòng điện là đấu các cực dương với nhau, các cực âm với nhau, tạo thành hai cực của bộ nguồn Sức điện động của cả bộ nguồn là sức điện động của mỗi phần tử

E = Eo (1.39) Điện trở trong của bộ nguồn là điện trở tương đương của m điện trở song song

ft o

r r m

 (1.40) Dòng điện tương đương của bộ nguồn là tổng dòng điện qua mỗi phần tử nguồn dòng điện:

Ví dụ: Xác định số ácquy cần nối thành bộ để cung cấp tải là đèn chiếu sáng sự cố,

2100





Vì I và U của tải đều vƣợt quá Ift và E0 nên:

12

1200







E U

10

5,17

CHƯƠNG II: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU

I MỤC TIÊU CỦA CHƯƠNG:

- Trình bày được nhiệm vụ, vai trò của các phần tử tạo thành mạch điện

- Tính toán, biến đổi tương đương trong mạch điện

- Giải thích một số ứng dụng đặc trưng theo quan điểm của kỹ thuật điện

II NỘI DUNG CHI TIẾT

1 CÁC ĐI ̣NH LUẬT CƠ BẢN

1.1 ĐỊNH LUẬT ÔM

* Định luật ôm cho đoạn mạch:

Dòng điện trong 1đoạn mạch tỷ lệ thuận với

điện áp 2 đầu đoạn mạch và tỷ lệ nghịch với

điện trở của đoạn mạch

* Công thức: I =

R

U

 U = I R (1.13) Điện áp đặt vào điện trở ( còn gọi là sụt áp trên điện trở) tỷ lệ thuận với trị số điện trở và dòng điện qua điện trở

* Định luật ôm cho toàn mạch

Có mạch điện không phân nhánh như hình vẽ:

- Nguồn điện có sức điện động là E, điện trở

trong của nguồn là r0

- Phụ tải có điện trở R

- Điện trở đường dây Rd

Áp dụng định luật ôm cho đoạn mạch ta có:

- Sụt áp trên phụ tải: U = I.R

- Sụt áp trên đường dây Ud = I.Rd

- Sụt áp trên điện trở trong của nguồn U0 = I r0

Muốn duy trì được dòng điện I thì sức điện động của nguồn phải cân bằng với các sụt

áp trong mạch E = U +U1 +U0 = I.( R + Rd + r0) = I.R

R = R + Rd + r0Vậy dòng điện trong mạch tỉ lệ thuận với sức điện động của nguồn và tỉ lệ nghịch với điện trở toàn mạch

I =

0

r R

E R

E





 (1.14)

Phát biểu định luật Ôm: Dòng điện qua một đoạn mạch tỷ lệ thuận với điện áp

hai đầu đoạn mạch, tỉ lệ nghịch với điện trở của đoạn mạch

1.2 ĐỊNH LUẬT KIRCHOOFF

Giải mạch điện là tính dòng điện, điê ̣n áp, công suất của các nhánh, các phần tử Dòng điện trong các nhánh còn chưa biế t, vì thế ta tùy ý chọn chiều dòng điện (Gọi là chiều dương) trong các nhánh Kết quả tính toán, nếu dòng điê ̣n dương I > 0, thì chiều thực của dòng điê ̣n trong nhánh trùng với chiều dương đã cho ̣n Nếu I < 0 chiều dòng điê ̣n ngươ ̣c với chiều đã cho ̣n

a Các hhái niệm

* Nhánh là một nhánh trong mạch điện mà trên đó nó có thể có các phần tử của mạch điện như : nguồn sức điện động E, điện trở và có dòng điện chạy qua nhánh là bằng nhau trên tất cả các phần tử của nhánh, dòng điện và điện áp trên nhánh được xác định theo định luật Ôm

Ví dụ: Nhánh AB, trên nhánh có sức điện động E, điện trở R, dòng điện chạy trên nhánh AB là I, điện áp đặt lên nhánh AB là UAB

Hình 1.11: Nhánh AB

* Nút là một điểm trong mạch điện mà tại đó gồm có ít nhất ba nhánh giao

nhau, dòng điện đi vào nút có thể là đến nút hoặc ra khỏi nút

Hình 1.12: Khái niệm nút

Trên hình 1.12 nút dòng điện I1 đi ra khỏi nút, dòng điện I2, I3 là những dòng điện đi vào nút

* Vòng là mạch khép kín trong mạch điện, một mạch vòng bao gồm có các

nhánh nối lại với nhau tạo thành một mạch vòng, chiều kí hiệu của vòng mạch điện ta chọn tùy ý

* Định luật Kirchoff 1

Định luật này cho ta quan hệ giữa các dòng điện tại một nút, được phát biểu

như sau: Trong một mạch điện, tổng đại số các dòng điện ở một nút bằng không

Quy ước dấu: Các sức điện động, dòng điện có chiều trùng với chiều mạch

vòng thì lấy dấu dương, và ngược lại thì lấy dấu âm

1.3 CÔNG, CÔNG SUẤT VÀ ĐI ̣NH LUẬT JUN-LENXƠ

1.3.1 Công cu ̉ a dòng điê ̣n

Công của dòng điê ̣n là công của lực điện chuyển dịch các điện tích trong mạch điê ̣n Giả sử trên một đoạn mạch có điện áp là U , dòng điện là I , trong thời gian t

lươ ̣ng điê ̣n tích chuyển qua đoa ̣n ma ̣ch là: q = I.t (1.15)

Từ đi ̣nh nghĩa về điê ̣n áp ta thấy công của lực bằng tích của điê ̣n tích di chuyển qua đoa ̣n ma ̣ch

Trong đo lường ta thường dùng đon vi ̣ của công là Jun ký hiê ̣u là J

Vây: Công củ a dòng điê ̣n sản ra trên mô ̣t đoa ̣n ma ̣ch tỷ lê ̣ với điê ̣n áp hai đầu đoa ̣n ma ̣ch, dòng điện qua mạch và thời gian duy trì dòng điện

1.3.2 Công suất cu ̉ a dòng điê ̣n

Công suất của dòng điện là công của dòng điện thực hiện được trong 1đơn vị thời gian

.

* Công suất cu ̉ a nguồn điê ̣n

Công của nguồn điê ̣n là số đo năng lượng chuyển hóa các da ̣ng năng lượng khác thành điện năng, và được tính theo công thức:

Pt = E.I (1.19)

Vậy: công suất của nguồn điện bằng tích số giữa sức điện động nguồn và dòng

điê ̣n qua nguồn

d Điện năng trong mạch điện 1 chiều

Điện năng tiêu thụ trong mạch điện 1 chiều ký hiệu là A: A = P.t (1.20) Trong đó:

P: là công suất của mạch điện (W)

t: là thời gian dòng điện đi trong mạch (h)

Vì vậy đơn vị của điện năng là oát-giờ (Wh), KWh, MWh

Ví dụ1: Một bóng đèn ghi 220 V, 100W

1) Gải thích ký hiệu đó

2) Tính điện trở bóng đèn (ở trạng thái làm việc)

3) Nếu bóng đèn đó đặt vào điện áp U’= 110V thì công suất tiêu thụ của bóng đèn là bao nhiêu? giả thiết khi đó điện trở của bóng đèn là không đổi?

Giải

làm việc bình thường, đảm bảo các tính năng kỹ thuật theo quy định của nhà chế tạo

và khi đó công suất tiêu thụ là 100W

220V - là điện áp định mức của bóng đèn, kí hiệu Uđm

100W - là công suất định mức của đèn kí hiệu là Pđm

2) Điện trở của đèn ở trạng thái làm việc bình thường được tính theo công thức:

  484

100

22022

đm

đm

P

U r

3) Gọi công suất tiêu thụ ứng với điện áp U’ là P’ và ứng với điện áp định mức

k U

U P

P

đm đm





Với khi ta giả thiết là r không đổi

Vậy công suất tiêu thụ của đèn ứng với điện áp U’ = 110V là

Giải

- Công suất phát của nguồn PPt = E.I = 6 0,4 =2,4W

- Công suất tiêu thụ trên bóng đèn P = I2.R = 0,42.10 = 1,6 W

- Công suất tổn hao trên điện trở bóng: P0 = PPt – P = 2,4 -1,6 =0,8 W

4,0

8,02 2

0

I P

1.3.3 Định luật Jun – Lenxơ

Định luật này do hai nhà Bác học là Jun (người Anh) và Lenxơ (người Nga) tìm

ra bằng thực nghiệm năm 1844 nên người ta gọi là định luật Jun - Lenxơ

Phát biểu định luật: Nhiệt lượng do dòng điện toả ra trên một điện trở tỷ lệ với

bình phương dòng điện, với trị số điện trở và thời gian dòng điện chạy qua

Q = 0,24A = 0,24.I2.R.t (Calo) (1.21) 1J = 0,24 calo  Q = R.I2

.t (Jun) (1.22)

Ứng dụng: Tác dụng nhiệt của dòng điện được ứng dụng rất rộng rãi để làm các

dụng cụ đốt nóng bằng dòng điện như đèn điện có sợi nung, bếp điện, bàn là điện, lò sấy và lò luyện bằng điện tử,… Nguyên tắc có bản của các dụng cụ này là dùng một phần tử đốt nóng để cho dòng điện chạy qua Nhiệt toả ra ở các phần tử đốt nóng sẽ gia nhiệt các bộ phận chính của dụng cụ, hoặc sẽ phát sáng ở các đèn sợi nung

Dòng điện đi qua dây dẫn sẽ toả nhiệt theo định luật Jun - Lenxơ Nhiệt lượng này sẽ đốt nóng dây dẫn, khi dây dẫn nóng lên nhiệt độ của nó cao hơn nhiệt độ bên ngòai môi trường Dây càng nóng thì nhiệt độ toả ra ngoài môi trường càng lớn Đến một lúc nào đó nhiệt lượng toả ra môi trường trong một giây bằng nhiệt lượng sinh ra của dòng điện thì nhiệt độ dây dẫn không tăng nữa, ta gọi là nhiệt độ ổn định hay nhiệt

độ làm việc của dây dẫn

2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU

2.1 PHƯƠNG PHÁP DÒNG ĐIỆN NHÁNH

Ẩn số của hệ phương trình là dòng điện các nhánh Phương pháp này ứng du ̣ng trực tiếp hai đi ̣nh luâ ̣t Kirchof 1 và 2 và nó thực hiện theo các bước sau:

Bước 1: Xác định số nút n = ? số nhánh m = ? Và số ẩn của hệ phương trình

bằng số nhánh m

Bước 2: Tùy ý vẽ chiều dòng điện mỗi nhánh

Bước 3: Viết phương trình Kirchoff 1 cho (n -1) nút đã chọn

Bước 4: Viết phương trình Kir choff 2 cho (m – (n – 1)) = ( m – n + 1) mạch

vòng độc lập

Bước 5: Giải hệ thống m phương trình đã thiết lập, ta có dòng điê ̣n các nhánh

Ví dụ 2.3.3: Áp dụng phương pháp dòng điện nhánh , tính dòng điện trong các

nhánh của mạch điện như hình vẽ sau:

Giải:

Giải bài toán này ta thực hiện lần lươ ̣t theo các bước sau:

Bước 1: Xác định số nút, số nhánh : ta có ma ̣ch điê ̣n có hai nút là nút A và nút

B vâ ̣y số nút n = 2, có ba nhánh là nhánh 1, 2, 3 và số nhánh m = 3

Bước 2: Vẽ chiều các nhánh I1, I2, I3

Bước 3: Số nút cần viết phương trình Kir choff 1 là n -1 = 1 Ta cho ̣n nút A, và

phương trình Kirchoff 1 cho nút A là:

I1 = 138 mA

I2 = 160 mA

I3 = 22 mA

Lưu ý: Phương pháp dòng điê ̣n nhánh giải trực tiếp được dòng điê ̣n các nhánh ,

song nếu số nhánh và số ma ̣ch vòng lớn thì viê ̣c giải sẽ phức ta ̣p , đòi hỏi phải mất nhiều thời gian cho viê ̣c tính toán Vâ ̣y khi m ạch điện có số nhánh và số mạch vòng lớn thì ta sẽ nghiên cứu và lựa cho ̣n phương pháp khác cho phù hợp

2.2 PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN THẾ 2 NÚT

Phương pháp này sử du ̣ng các ẩn số trung gian là điê ̣n thế các nút để thiết lâ ̣p hê ̣ phương trình Biết đươ ̣c điê ̣n thế các nút ta dễ dàng tính đươ ̣c dòng điê ̣n các nhánh Các bước giải mạch điện theo phương pháp điện thế nút:

Bước 2: Chọn một nút bất kỳ có điện thế biết trước

Bước 3: Tính tổng dẫn của các nhánh nối với mỗi nút và tổng dẫn chung của

mỗi nhánh giữa hai nút, và điện dẫn các nhánh có nguồn

Bước 4: Lâ ̣p hê ̣ phương trình điê ̣n thế nút

Bước 5: Giải hệ phương trình ta có điện thế của mỗi nút

Bước 6: Sử du ̣ng đi ̣nh luâ ̣t Ôm tính dòng điê ̣n mỗi nhánh

Ví dụ 2.3.5: Giải mạch điện cho trong hình vẽ sau:

2 2 1

1

R

I R

I R

E

5

5 5 4

R

E I R

Đi ̣nh luâ ̣t Kiechoff 1 tại nút A: I1 – I2 – I3 = 0 

1 1 3

3 2 1

3 2

1 1

11

111

0

E R R

R R R

R R

R E

B A

B A A A

4 3 3

5 5 4 3

11

111

0

E R R

R R R

R

E R R

B A

B B

B A

Gọi 0,00663

330

1680

1470

11

11

3 2 1

nhánh nối với nút A

01403 , 0 100

1 1000

1 330

1 1

1 1

5 4 3

nối với nút B

: 00303 , 0 330

1 1

1 1

1 1

0,00663A – 0,00303B =

470

5,4

A R

I

A R

I A R

E I

B A

A A

0129,0330

19,5928,0

;00136,0680

928,0

;01155,0470

928,05,4

3 3

2 2 1

1 1

19,57

;00519,01000

19,5

5

5 5 4

R

E I A R

Dòng điện I4 có dấu âm nên ta chọn lại chiều của dòng điện I4

CHƯƠNG 3: TỪ TRƯỜNG VÀ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

I MỤC TIÊU CỦA CHƯƠNG

- Phát biểu được các khái niệm về từ trường, lực từ, đường sức từ trường mối liên quan điện - từ, từ - điện;

- Xác định được chiều từ trường trong dây dẫn, trong vòng dây, ống dây;

- Xác định được phương, chiều, độ lớn của lực điện từ, của véc tơ sức điện động cảm ứng, từ thông

- Rèn luyện tính cẩn thận, nghiêm túc trong học tập

II NỘI DUNG CHI TIẾT

1 TỪ TRƯỜNG

Các cực của nam châm: Các nam châm mà ta thường gặp có hai cực một cực gọi

là cực Bắc (N), Cực còn lại là cực Nam (S)

Đưa hai cực cùng tên của hai nam châm lại gần nhau thì chúng đẩy nhau, hai

cực khác tên lại gần nhau thì chúng hút nhau

Hình 3.1: Tương tác giữa hai nam châm

nam châm: Khi đặt một kim nam châm lại gần một dây dẫn có dòng điện thì kim nam châm sẽ bị quay sau một thời gian cân bằng trở lại thì kim nam châm sẽ lệch đi một góc so với ban đầu

Hình 3.2 Tương tác giữa nam châm và dòng điện

Hai dòng điện tương tác với nhau: Khi hai dây dẫn đặt gần nhau khi chưa có dòng điện chạy qua thì hai dây dẫn không tương tác với nhau, khi có dòng điện chạy qua hai dây dẫn nếu hai dòng điện ngươch chiều thì hai dây đẩy nhau, cùng chiều thì hút nhau

Hình 3.3 Tương tác giữa hai dòng điện

=> Tương tác giữa nam châm với nam châm, giữa dòng điện với nam châm, giữa dòng điện với dòng điện gọi là tương tác từ Lực tương tác trong các trường hợp

Tính chất cơ bản của từ trường là nó tác dụng lực (lực từ) lên dòng điện, lên nam

chất này mà người ta nhận biết được sự có mặt của từ trường và khảo sát các đặc trưng của nó

Nguồn gốc gây ra từ trường của dòng điện là các hạt mang điện chuyển động Từ trường của nam châm cũng có cùng nguồn gốc như trên

Định nghĩa: Từ trường là một dạng vật chất đặc biệt bao quanh nam châm, dòng điện có biểu hiện cụ thể là tác dụng lực từ lên kim nam châm hay dây dẫn mang dòng điện hoặc các vật có từ tính đặt trong nó

1.2 ĐƯỜNG SỨC TỪ

Phương pháp thực nghiệm để xác định đường cảm ứng rất đơn giản và hay được dùng Người ta rắc mạt sắt lên một tấm bìa cứng đặt trong từ trường của nam châm Dưới tác dụng của từ trường, mạt sắt bị từ hóa, biến thành những nam châm nhỏ Những nam châm này, chịu tác dụng của lực từ sẽ định hướng dọc theo các đường cảm ứng từ nếu ta gõ nhẹ vào tấm bìa Sự sắp xếp của mặt sắt cho ta hình ảnh của đường cảm ứng Hình ảnh đó gọi là từ phổ

Định nghĩa: Đường sức từ là đường được vẽ trong không gian có từ trường sao cho hướng của tiếp tuyến tại điểm bất kỳ nào trên đường cũng trùng với hướng của vectơ cảm ứng từ tại điểm đó

Các đường sức từ không cắt nhau

Người ta quy ước: Nơi nào có cảm ứng từ lớn hơn thì các đường sức từ ở đó vẽ mau hơn, nơi nào cảm ứng từ nhỏ hơn thì các đường sức từ ở đó vẽ thưa hơn

1.3 TỪ TRƯỜNG CỦA NAM CHÂM VĨNH CỬU

Nam châm là một vật liệu hoặc vật thể tạo ra từ trường Từ trường này là vô hình nhưng chịu trách nhiệm cho tính chất đáng chú ý nhất của nam châm: tạo ra một lực kéo các vật liệu sắt từ khác, như sắt, và hút hoặc đẩy các nam châm khác

Nam châm vĩnh cửu là một vật thể được làm từ một vật liệu được từ hóa và tạo

ra từ trường ổn định của chính nó Một ví dụ hàng ngày là một nam châm tủ lạnh được

sử dụng để giữ ghi chú trên cửa tủ lạnh Vật liệu có thể được từ hóa, mà còn là những người được thu hút mạnh mẽ đối với một nam châm, được gọi là sắt

từ (hoặc ferrimagnetic) Chúng bao gồm các nguyên tố sắt, niken và coban và hợp kim của chúng, một số hợp kim của kim loại đất hiếm và một số khoáng chất tự nhiên như lodestone Mặc dù vật liệu sắt từ (và sắt từ) là những vật liệu duy nhất bị nam châm hút đủ mạnh để được coi là từ tính, nhưng tất cả các chất khác phản ứng yếu với từ trường, bởi một trong một số loại từ tính khác

1.4 TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN QUA DÂY DẪN

1.4.1 Từ trường của dây dẫn thẳng

Thí nghiệm: Xuyên một dây dẫn thẳng đứng qua một tờ bìa đặt nằm ngang, rắc mạt sắt nên tấm bìa, cho dòng điện chạy qua và gõ nhẹ nên tờ bìa Ta thu được từ phổ của dòng điện thẳng

Hình 3.5: Hình dạng đường sức từ của dây dẫn thẳng có dòng điện chạy qua

Dạng của đường sức từ: là các đường tròng đồng tâm nằm trong mặt phẳng vuông

góc với dòng điện

Chiều của đường sức từ xác định theo quy tắc nắm bàn tay phải: Đặt bàn tay phải sao cho ngón cái dọc theo dây dẫn chỉ chiều dòng điện, khum bốn ngón tay kia xung quanh dây dẫn thì chiều từ cổ tay đến các ngón tay là chiều của đường sức từ

Ta còn có thể xác định theo quy tắc cái đinh ốc: Đặt cái đinh ốc dọc theo dây dẫn quay cái đinh ốc sao cho nó tiến theo chiều dòng điện thì chiều quay của cái đinh ốc là chiều của các đường sức từ

Tại một điểm khảo sát cách dòng điện thẳng dài một khoảng r, vectơ cảm ứng từ

có phương vuông góc với bán kính nối điểm khảo sát với tâm O (giao của dòng điện với mặt phẳng chứa vuông góc với dòng điện chứa điểm khảo sát)

+ Độ lớn cảm ứng từ tại một điểm cách dây dẫn thẳng dài mang dòng điện I một khoảng r trong chân không được tính bằng công thức:

1.4.2 Từ trường của vòng dây và từ trường trong ống dây

a, Từ trường của vòng dây

Thí nghiệm: Cho vòng dây nằm trong mặt phẳng đứng xuyên qua tờ bìa và vuông góc với tờ bìa chứa tâm dòng điện, rắc mạt sắc và gõ nhẹ tờ bìa, ta thu được từ phổ của dòng điện tròn

Hình 3.6 Hình dạng đường sức từ của vòng dây tròn

Hình ảnh các đương sức từ: Các đường sức từ của dòng điện tròn là những đường cong có chiều đi vào ở mặt Nam và đi ra ở mặt Bắc của dòng điện, trong đó đường sức

đi qua tâm là đường thẳng vô hạn ở hai đầu và vuông góc với mặt phẳng chứa dòng

điện

Chiều các đường sức từ tuân theo quy tắc nắm bàn tay phải: Khum bán tay phải theo vòng dây của khung sao cho chiều từ cổ tay đến các ngón tay trùng với chiều của dòng điện, thì ngón tay cái choãi ra chỉ chiều các đường sức từ xuyên qua mặt phẳng dòng điện

Độ lớn cảm ứng từ B ở tâm dây dẫn tròn bán kính R có dòng điện I chạy qua, được tính bằng công thức:

b, Từ trường trong ống dây:

Các ống dây hình trụ được tạo thành bởi một dây dẫn quấn quanh một lõi hình trụ, khi cho dòng điện đi vào dây dẫn Thì các đường sức từ trong lòng ống dây là những đường thẳng song song cùng chiều và cách đều nhau, nếu ống dây đủ dài thì từ trường trong lòng ống dây là từ trường đều, bên ngoài ống dây hình ảnh các đường sức

từ giống nam châm thẳng

Hình 3.7 Hình ảnh đường sức từ trong lòng ống dây

Chiều các đường sức từ xác định quy tắc nắm bàn tay phải: Dùng bàn tay phải nắm ống dây sao cho chiều từ cổ tay đến các ngón tay chỉ chiều dòng điện, ngón cái choãi ra cho ta chiều các đường sức từ

Cảm ứng từ trong lòng ống dây được tính theo công thức:

1.5.2 CƯỜNG ĐỘ TỪ TRƯỜNG

Cường độ từ trường là một đại lượng vectơ kí hiệu là H

có chiều trùng với chiều của vectơ cường độ từ cảm B

tại điểm đó nghĩa là trùng với tiếp tuyến của đường sức từ tại điểm đó và có chiều trùng với chiều của đường sức từ

Trị số của cường độ từ trường chỉ phụ thuộc vào cường độ dòng điện tạo ra từ trường mà không phụ thuộc vào yếu tố môi trường

Cường độ từ trường tại một điểm cách dây dẫn một khoảng r, dòng điện trong dây I xác định bởi công thức:

2

I H

r



 (3.5) Đơn vị của cường độ từ trường là A/m

1.5.3 CƯỜNG ĐỘ TỪ CẢM

Cường độ từ cảm hay còn gọi là cảm ứng từ là đại lượng vectơ kí hiệu B

Vectơ cường độ từ cảm tại mỗi điểm trong không gian có cùng phương chiều với

vectơ cường độ từ trường

Cùng một nguồn từ trường sinh ra nhưng đặt trong môi trường khác nhau thì mức

độ tương tác lực điện từ cũng mạnh yếu khác nhau Đại lượng đặc trưng cho từ trường

 



 (3.7) Môi trường là chân không, có các trị số cường độ từ cảm B0 và từ trường H0, thì:

0 - hệ số từ thẩm tuyệt đối của chân không, về trị số 0= 4.10-7 s/m

Đơn vị s/m còn gọi là Henry/mét (H/m)

Trong môi trường khác chân không, ta có:

 0 =

H

B

hay B =  0H (3.8)

 hệ số từ thẩm tương đối của môi trường từ trường khác chân không, cho biết hệ

số từ thẩm tuyệt đối của môi trường so với hệ số từ thẩm của chân không 0

Theo hệ số từ thẩm và từ tính của vật chất, người ta chia ra các chất thuận từ, nghịch từ và dẫn từ

1.5.5 VẬT LIỆU TỪ

Vật liệu từ là loại vật liệu mà dưới tác dụng của từ trường ngoài có thể bị từ hóa, tức là có những tính chất từ đặc biệt

Phân loại: 3 loại

Vật liệu thuận từ (Thuận từ là những chất có từ tính yếu) Tính chất thuận từ thể hiện ở khả năng hưởng ứng thuận theo từ trường ngoài, có nghĩa là các chất này

có mômen từnguyên tử (nhưng giá trị nhỏ), khi có tác dụng của từ trường ngoài, các

10

Vật liệu nghịch từ (Các chất nghịch từ là các chất không có mômen từ) Khi đặt vào từ trường ngoài trong các phân tử sẽ xuất hiện dòng điện phụ và tạo ra từ trường phụ ngược chiều từ trường ngoài theo xu hướng cảm ứng điện từ) có  1 nhưng không nhỏ hơn đơn vị đáng kể Ví dụ Đồng, chì, bạc, kẽm

Với cùng một nguồn gây ra từ nhưng khi đặt trong vật liệu thuận từ và nghịch từ thì cường độ từ cảm B sẽ sai khác so với trong chân không tuy nhiên sai khác không lớn   1

Vật liệu sắt từ: là những vật liệu có hệ số từ thẩm tương đối lớn và phụ thuộc vào cường độ từ trường Như vậy với cùng một nguồn gây từ nhưng nếu đặt trong vật liệu sắt từ sẽ tạo ra từ cảm B lớn hơn rất nhiều

Visdu: Sắt, Coban, Niken và các hợp kim của chúng

sẽ lệch đi một góc so với ban đầu

Hình 3.2 Tương tác giữa nam châm và dòng điện

2.2 LỰC ĐIỆN TỪ GIỮA HAI DÂY DẪN MANG ĐIỆN ĐẶT GẦN NHAU

Hai dây dẫn 1 và 2 mang dòng điện đặt gần nhau thì từ trường do dòng điện trong dây dẫn 1 sinh ra sẽ tác dụng lực lên dây dẫn 2 và ngược lại, từ trường trong dây dẫn 2

sẽ tác dụng lực lên dây dẫn 1

Dòng điện trong hai dây dẫn cùng chiều thì hút nhau, ngược chiều thì đẩy nhau Khi dây dẫn thẳng mang dòng điện đặt vuông góc với đường sức của từ trường thì lực từ F được xác định bởi công thức: FB I .

.

I I I

3 KHÁI NIỆM VỀ MẠCH ĐIỆN TỪ

3.1 KHÁI NIỆM VỀ MẠCH TỪ

Mạch từ là gồm lõi sắt từ có hay không có các khe không khí và từ thông sẽ

đóng kín qua chúng Việc sử dụng vật liệu sắt từ nhằm mục đích thu được từ trở cực

tiểu, đối với từ trở này, sức từ động cần thiết để đảm bảo cảm ứng từ hay từ thông mong muốn có giá trị của nó nhỏ nhất Mạch từ rất đơn giản bao gồm bởi lõi cuộn dây hình xuyến (hình 4.2) hoặc người ta dùng các mạch từ nối tiếp hay rẽ nhánh mà các đoạn có thể thực hiện bằng các vật liệu khác nhau, hay vật liệu cùng một bản chất

4 CẢM ỪNG ĐIỆN TỪ

4.1 HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

Năm 1831 nhà Vật lý học Faraday phát hiện ra hiện tượng cảm ứng điện từ Bằng thực nghiệm thấy trằng khi đưa thanh nam châm đến gần vòng dây hoặc khi đưa thanh nam châm ra xa vòng dây, trong vòng dây sẽ xuất hiện dòng điện và gọi là dòng điện cảm ứng do một sức điện động cảm ứng sinh ra, Hiện tượng xuất hiện dòng điện cảm ứng gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ

Định luật: Sự biến thiên của từ thông qua mạch vòng dây dẫn kín sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch đó

4.2 SỨC ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG CỦA DÂY DẪN CHUYỂN ĐỘNG TRONG TỪ TRƯỜNG

Khi một thanh dẫn chuyển động cắt đường sức từ thì trong thanh dẫn sẽ xuất hiện suất điện động:

Trong đó: B là Cường độ từ cảm, là chiều dài thanh dẫn, v là vận tốc thanh dẫn,  là góc hợp với chiều vận tốc và B

Chiều suất điện động cảm ứng xác định theo quy tắc bàn tay phải: Cho đường sức từ đi vào lòng bàn tay, ngón tay cái choãi ra chỉ chiều chuyển động của thanh dẫn, thì chiều 4 ngón tay còn lại chỉ chiều của suất điện động cảm ứng

Khi thanh dẫn chuyển động song song với từ trường thì sức điện động cảm ứng sẽ bằng 0

Khi thanh dẫn chuyển động vuông góc với chiều của từ trường thì sức điện động cảm ứng: eB v .

4.3 SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG TRONG VÒNG DÂY CÓ TỪ THÔNG BIẾN THIÊN

như sau: Vặn nút chai tiến theo chiều của đường sức từ thì chiều quay của cán sẽ là chiều dương của vòng dây

Sức điện động cảm ứng để sinh ra dòng điện cảm ứng luôn bằng tốc độ biến thiên của từ thông xuyên qua vòng dây

Với quy ước như vậy suất điện động cảm ứng trong vòng dây sẽ được xác định

dt



điện động cảm ứng có chiều ngược chiều dương Điều này cũng đúng khi từ thông giảm



  (3.14)

từ thông xuyên qua các cuộn dây như nhau:   w (3.15)

dt



  (3.16) Khi cuộn dây mang dòng điện I sẽ sinh ra từ thông móc vòng với chính cuộn dây

đó trị số của từ thông móc vòng tỷ lệ với trị số của dòng điện:

.L

I

  (3.17)

L là hệ số tự cảm hay điện cảm của cuộn dây

Với cuộn dây có w vòng chiều dài  diện tích vòng dây S:

2 0 .w S

L  

 (3.18)

b SỨC ĐIỆN ĐỘNG TỰ CẢM

sẽ gây ra suất điện động cảm ứng gọi là suất điện động tự cảm e L

Suất điện động tự cảm là suất điện động cảm ứng trong cuộn dây do chính dòng

điện qua cuộn dây biến thiên tạo nên



    (3.19) Trong đó chiều dương của e lấy theo chiều dương của dòng điện

Điện áo trên điện cảm:

Nếu vòng dây C2 có dòng i2 thì i2 cũng gây ra từ thông móc vòng với C2 là 2

và bộ phận từ thông 12 móc vòng với dây C1: 12M i12 2 (3.22)

12 21

Trị số của hệ sô hỗ cảm phụ thuộc vào hình dáng, kích thước và vị trí tương hỗ giữa hai vòng dây Đơn vị là Henry

b SỨC ĐIỆN ĐỘNG HỖ CẢM

Dòng i i1, 2 trong hai vòng dây C C1, 2 biến thiên thì từ thông tự cảm  1, 2 từ thông hỗ cảm  21, 21 đều biến thiên khi đó trong C C1, 2 sẽ cảm ứng các suất điện động tự cảm e L1,e L2 suất điện động hỗ cảm

+ Nếu i i1, 2 cùng đi vào các cực cùng dấu

+ Nếu i i1, 2 cùng đi vào các cực cùng dấu

Suất điện động cảm ứng tỷ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông nên vật dẫn đặt trong từ trường biến đổi càng nhanh (tần số lớn) thì các dòng Fucô càng mạnh Dòng điện xoáy chạy trong vật dẫn sinh ra nhiệt năng làm nóng vật dẫn

Ứng dụng:

Dòng Fucô có tác dụng gây ra lực hãm nên người ta lợi dụng tác dụng này để hãm chuyển động của một bộ phận nào đó trong một số thiết bị máy móc: Sử dụng làm phanh điện từ ở xe có tải trọng lớn, làm đĩa quay trong công tơ điện ngừng quay một cách nhanh chóng

Tác dụng nhiệt của dòng điện Fu-cô được ứng dụng trong các lò luyện kim để nấu chảy kim loại: Kim loại cần nấu chảy được cho vào lò có chỗ hút chân không, lò được quấn dây điện xung quanh Khi cho dòng điện có tần số cao (400 – 1000 Hz) chạy trong cuộn dây, dòng điện xoáy trong kim loại sẽ nấu chảy kim loại

Dòng điện Fu-cô có ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống Ví dụ như trong bếp từ: làm cho các phân tử chất lỏng dao động nhanh lên khiến nhiệt độ tăng cao, nấu kim loại, làm quay đĩa nhôm trong công tơ điện (đồng hồ tính điện năng thường sử dụng ở nhà)

CHƯƠNG IV: MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA

I MỤC TIÊU CỦA CHƯƠNG

- Giải thích được nguyên tắc tạo ra sức điện động xoay chiều hình sin

- Nêu lên được các đại lượng cơ bản của dòng điện xoay chiều hình sin

- Vận dụng được tính chất của mạch điện xoay chiều hình sin để giải một số bài toán đơn giản

- Biểu diễn được các đại lượng bằng đồ thị

- Rèn luyện tính cẩn thận, nghiêm túc trong học tập

II NỘI DUNG CHI TIẾT

1 NGUYÊN LÝ SINH RA SỨC ĐIỆN ĐỘNG XOAY CHIỀU HÌNH SIN 1 PHA

1.1 KHÁI NIỆM VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN

Dòng điện xoay chiều là dòng điện có chiều và giá trị biến đổi theo thời gian, những thay đổi này thường tuần hoàn theo một chu kỳ nhất định Nghĩa là cứ sau một khoảng thời gian nhất định nó lặp lại quá trình biến thiên cũ

1.2. NGUYÊN LÝ SINH RA SỨC ĐIỆN ĐỘNG XOAY CHIỀU HÌNH SIN

+ Nếu quay khung dây 1800thì sức điện động trong khung dây đổi chiều dòng điện qua phụ tải cũng đổi chiều

Kết luận: Với nguyên lí làm việc trên dòng điên qua phụ tải là dòng điện xoay chiều

2 CÁC ĐẠI LƯỢNG CỦA DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

2.1 Chu kỳ và tần số

Chu kỳ của dòng điện xoay chiều (ký hiệu là T) là khoảng thời gian ngắn nhất giữa hai lần dòng điện xoay chiều lặp lại vị trí cũ, đơn vị của chu kỳ là đơn vị của thời gian và chu kỳ được tính bằng giây (s)

Tần số dòng điện xoay chiều: là số lần lặp lại trạng thái cũ của dòng điện xoay

hiều trong một giây ký hiệu là f đơn vị là Hz : f = 1

T (1.51)

Hình 1.17: Chu kỳ của dòng điện xoay chiều

2.2 Trị số biên độ, tức thời

a Biên độ của dòng điện xoay chiều

Giá trị lớn nhất của trị số tức thời trong một chu kỳ được gọi là biên độ của dòng điện xoay chiều hình sin Biên độ của dòng điện xoay chiều hình sin ký hiệu bằng chữ in hoa có chỉ số dưới là m:

Ví dụ: Biên độ dòng điện hình sin kí hiệu: Im

Biên độ suất điện động hình sin kí hiệu: Em;

Biên độ điện áp hình sin kí hiệu: Um

b Giá trị tức thời

Là giá trị của các đại lượng dòng điện xoay chiều biến thiên theo quy luật hình sin, xét ở thời điểm nào đó gọi là giá trị tức thời của dòng điện hình sin, được kí hiệu bằng các chữ số thường, như:

- Dòng điện hình sin i(t);

- Điện áp hình sin u(t);

- Sức điện động hình sin e(t)

2.3 Trị số hiệu dụng

Trị số hiệu dụng của dòng điện xoay chiều là giá trị tương đương với dòng điện một chiều khi đi qua cùng một điện trở, trong một chu kì chúng cùng toả ra một năng lượng dưới dạng nhiệt như nhau