Cuộn dây dẫn có độ tự cảm L nào đó gọi là cuén cờm. ậã thđêng lộ cuén dẹy dÉn hoẳc èng dây dẫn hình trụ thẳng, hình xuyến có nhiều vòng dây. Điện trở rcủa cuộn dây gọi là điện trở thuần hay điện trở hoạt động của nó. Nếu r không đáng kể thì ta gọi cuộn dây là cuộn cảm thuÇn.
a) Thí nghiệm
Cuén cờm thuẵn khềng cã ờnh hđẻng tắi dưng
ệiỷn khềng ệữi nhđng cã ờnh hđẻng nhđ thạ nộo
đối với dòng điện xoay chiều ?
Để giải đáp câu hỏi đó, ta tiến hành thí nghiệm với sơ đồ vẽ ở Hình 27.5.
Trong sơ đồ này, L là cuộn cảm thuần có lõi sắt dịch chuyÓn ệđĩc. Nhê vẺy, cã thÓ thay ệữi ệđĩc ệé tù cờm cựa cuộn cảm.
Nếu mắc A, Bvới nguồn điện một chiều thì sau khi đóng hay mở khoá K, độ sáng của đèn Đhầu nhð không đổi.
Nếu mắc A, Bvới nguồn điện xoay chiều thì sau khi khoá Kđóng, đèn Đsáng hơn rõ rệt so với khi khoá K mở. Khi K mở, nếu ta rút lõi sắt ra khỏi cuộn cảm thì
độ sáng của đèn tăng lên.
Thí nghiệm này chứng tỏ cuộn cảm có tác dụng cản trở dòng xoay chiều. Tác dụng cản trở này phụ thuộc vào độ tự cảm của nó.
Dung kháng của tụ điện phụ thuộc vào các yếu tố nào ? Tụ điện có điện dung 1 μF mắc trong mạng
ệiỷn xoay chiÒu dẹn dông cựa nđắc ta có dung kháng bằng bao nhiêu ?
Độ tự cảm của một cuộn dây phụ thuộc vào các yếu tố nào ?
Hình 27.5Sơ đồ thí nghiệm khảo sát tác dụng của cuộn cảm trong mạch điện.
Ghi chó :
Trong thí nghiệm này, ta quan sát khi mạch ở chế độ ổn định.
C6 C5
b) Giị trỡ tục thêi cựa cđêng ệé dưng ệiỷn vộ
điện áp
Giờ sỏ cã mét dưng ệiỷn xoay chiÒu cđêng ệé : i= I0cosωt (27.5) chạy qua cuộn cảm thuần có độ tự cảm L (Hừnh 27.6). ChiÒu dđểng cựa dưng ệiỷn qua cuén cờm ệđĩc quy đắc lộ chiÒu chỰy tõ Atắi B. ậẹy lộ dòng điện biến thiên theo thời gian nên nó gây ra trong cuộn cảm một suất điện động cảm ứng :
e= −L = ωLI0sinωt
Điện áp giữa hai điểm Avà B là : u= iRAB− e
trong đó RAB là điện trở của đoạn mạch, có giá trị bằng 0 nên :
u= −e= −ωLI0sinωt
u= U0cos(ωt + (27.6) víi U0 = ωLI0.
VẺy, cđêng ệé dưng ệiỷn qua cuén cờm thuẵn biến thiên điều hoà cùng tần số nhðng trễ pha
đối với điện áp giữa hai đầu cuộn cảm.
Có thể kiểm tra kết luận trên bằng cách dùng dao động kí
điện tử hai chùm tia để nghiên cứu đồng thời sự biến đổi theo thêi gian cựa cđêng ệé dưng ệiỷn vộ ệiỷn ịp giọa hai ệẵu cuén dẹy. Cịc ệă thỡ thu ệđĩc cã dỰng nhđ ẻ Hừnh 27.7.
c) Biểu diễn bằng vectơ quay
TỰi thêi ệiÓm t= 0, vectể biÓu diÔn cđêng ệé dưng ệiỷn i= I0cosωttrùng với trục Ox, còn vectơ biểu diễn điện
áp hợp với trục Ox một góc Nhð
vậy, đối với đoạn mạch chỉ có cuộn cảm thuần, lập với mét gãc π theo chiÒu dđểng (xem Hừnh 27.8).
2
I G UJGL
π. cos⎛ω π⎞ 2
= 0 ⎜⎝ +2⎟⎠
u U t
UJGL
I G
2 π π)
2 d
d i t
Hình 27.6 Đoạn mạch xoay chiều chỉ có cuộn cảm.
Hình 27.7Đồ thị biểu diễn sự biến
ệữi cựa cđêng ệé dưng ệiỷn vộ ệiỷn
áp giữa hai đầu cuộn cảm thuần theo thêi gian.
Vì sao điện áp u giữa hai
điểm A và B trong Hình 27.6
ệđĩc tÝnh bỪng cềng thục u = iRAB−e?
Nguyên nhân nào làm cho cđêng ệé dưng ệiỷn qua cuén cảm biến thiên trễ pha đối với
điện áp ?
Hình 27.8 Biểu diễn bằng vectơ
quay cho đoạn mạch chỉ có cuộn cảm thuần.
Tại sao khi rút lõi sắt khỏi cuộn dây trong thí nghiệm nêu ở mục a thì độ sáng của đèn tăng lên ?
C9 C8 C7
1.Nêu các tác dụng chính của tụ điện đối với dòng điện xoay chiều.
2.Chụng minh rỪng cđêng ệé dưng ệiỷn xoay chiÒu qua cuén cờm thuẵn biạn thiến trÔ pha
đối với điện áp giữa hai đầu cuộn cảm.
1.Để tăng dung kháng của một tụ điện phẳng có điện môi là không khí, ta cần A. tăng tần số của điện áp đặt vào hai bản tụ điện.
B. tăng khoảng cách giữa hai bản tụ điện.
C. giảm điện áp hiệu dụng giữa hai bản tụ điện.
D. đða bản điện môi vào trong lòng tụ điện.
2. Phát biểu nào sau đây đúng đối với cuộn cảm ?
A. Cuộn cảm có tác dụng cản trở đối với dòng điện xoay chiều, không có tác dụng cản trở dòng
điện một chiều.
B. ậiỷn ịp tục thêi giọa hai ệẵu cuén cờm thuẵn vộ cđêng ệé dưng ệiỷn qua nã cã thÓ ệăng thêi bỪng mét nỏa cịc biến ệé tđểng ụng cựa chóng.
bài tập
π 2
c©u hái
Nếu cuộn dây có điện trở thuần r đáng kể thì cả điện trở r và cảm kháng ωL đều có tác dụng cản trở dòng điện xoay chiều. Dòng điện qua cuộn dây là dòng qua cả hai phần tử này nên có thể coi cuén dẹy tđểng ệđểng vắi một đoạn mạch gồm có điện trở thuần r và cuộn cảm thuần có độ tự cảm L mắc nèi tiÕp.
Dựa vào công thức (27.8), hãy phát biểu định luật Ôm đối với đoạn mạch xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần.
C10 d) Định luật Ôm đối với đoạn mạch chỉ có cuộn cảm
thuần. Cảm kháng
Chia hai vế của công thứcU0= ωLI0cho ta có U=ωLI. Nếu đặt :
ZL= ωL (27.7)
th× (27.8)
Đây là công thức định luật Ôm đối với đoạn mạch xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần.
ậèi vắi dưng ệiỷn xoay chiÒu tẵn sè gãc ω, ệỰi lđĩng ZL= ωLệãng vai trư tđểng tù nhđ ệiỷn trẻ ệèi vắi dưng
ệiỷn khềng ệữi vộ ệđĩc gải lộcờm khịng. ậển vỡ cựa cờm kháng cũng là đơn vị của điện trở (ôm).
L
= U I Z
2,
C. Cảm kháng của một cuộn cảm thuần tỉ lệ nghịch với chu kì của dòng điện xoay chiều.
D. Cđêng ệé dưng ệiỷn qua cuén cờm tử lỷ thuẺn vắi tẵn sè dưng ệiỷn.
3. Cđêng ệé dưng ệiỷn xoay chiÒu qua ệoỰn mỰch chử cã tô ệiỷn hoẳc chử cã cuén cờm thuẵn gièng nhau ở chỗ :
A. Đều biến thiên trễ pha so với điện áp ở hai đầu đoạn mạch.
B. Đều có giá trị hiệu dụng tỉ lệ với điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch.
C. Đều có giá trị hiệu dụng tăng khi tần số dòng điện tăng.
D. Đều có giá trị hiệu dụng giảm khi tần số dòng điện tăng.
4. Mắc tụ điện có điện dung 2 μF vào mạng điện xoay chiều có điện áp 220 V, tần số 50 Hz.
Xịc ệỡnh cđêng ệé hiỷu dông cựa dưng ệiỷn qua tô ệiỷn.
5. Điện áp giữa hai bản tụ điện có biểu thức u= . Xác định các thời điểm mà cđêng ệé dưng ệiỷn qua tô ệiỷn bỪng 0.
6. Mắc cuộn cảm thuần có độ tự cảm L= 0,2 H vào hai cực của ổ cắm điện xoay chiều 220 V −50 Hz.
TÝnh cđêng ệé hiỷu dông cựa dưng ệiỷn qua cuén cờm.
U ⎛⎜ π −t π⎞⎟
⎝ ⎠
0cos 100 3 π
2