Dòng điện xoay chiều là gì? Công thức tính và các ứng dụng của dòng điện xoay chiều
Dòng điện xoay chiều (AC) là một loại dòng điện mà hướng chuyển động của các điện tử thay đổi theo thời gian, theo một chu kỳ định kỳ. Với khả năng truyền điện trên khoảng cách xa và ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử lớn, nó là một phần không thể thiếu trong cuộc sống. Trong chương trình học môn Vật lý, dòng điện xoay chiều được coi là một kiến thức khó nhằn với nhiều em học sinh. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu sâu hơn về dòng điện xoay chiều nhé!
1. Dòng điện xoay chiều là gì?
1.1. Khái niệm
Dòng điện xoay chiều là một loại dòng điện chuyển động liên tục trong một hướng và đổi chiều thường xuyên theo một chu kỳ nhất định. Nó được đặc trưng bởi tần số, là số lần thay đổi chiều của dòng điện trong một giây, được đo bằng đơn vị Hz (hertz). Thông thường, tần số dòng điện xoay chiều phổ biến nhất là 50 Hz hoặc 60 Hz.
1.2. Sự khác nhau giữa dòng điện xoay chiều và một chiều
Sự khác nhau giữa dòng điện xoay chiều và một chiều bao gồm:
Hướng chuyển động: Dòng điện xoay chiều chuyển động theo hướng khác nhau theo thời gian, trong khi dòng điện một chiều chuyển động theo cùng một hướng.
Biên độ: Dòng điện xoay chiều có biên độ thay đổi theo thời gian, trong khi dòng điện một chiều có biên độ không đổi.
Tần số: Dòng điện xoay chiều thường có tần số cao hơn so với dòng điện một chiều, với tần số chuẩn là 50 hoặc 60 Hz. Trong khi đó, dòng điện một chiều không có tần số.
Ứng dụng: Dòng điện xoay chiều thường được sử dụng trong các ứng dụng điện lớn như máy phát điện, máy biến áp, trong khi dòng điện một chiều thường được sử dụng trong các ứng dụng điện nhỏ hơn như trong các thiết bị điện tử như máy tính, điện thoại di động.
Điện trở: Dòng điện một chiều thường có điện trở thấp hơn so với dòng điện xoay chiều, do đó nó có thể truyền qua các vật liệu dẫn điện như dây điện một cách hiệu quả hơn.
>> Đọc thêm: Quy tắc bàn tay trái bàn tay phải
2. Cách tạo ra dòng điện xoay chiều là gì?
Có 2 cách tạo ra dòng điện xoay chiều như sau:
- Cách 1: Cho nam châm quay xung quanh cuộn dây
- Cách 2: Từ trường của nam châm để cuộn dây dẫn kín xoay quanh nó
3. Các giá trị của dòng điện xoay chiều là gì?
3.1. Kí hiệu của dòng điện xoay chiều
Nguồn xoay điện trong tiếng Anh là AC, có kỹ hiệu là dấu ngã ~
3.2. Công suất dòng điện xoay chiều và cách tính
Dòng điện xoay chiều phụ thuộc vào 03 đại lượng là cường độ dòng điện, điện áp và độ lệch pha so với điện áp của cường đọ dòng điện.
P = U.I.cosα
Trong đó:
- P là công suất của dòng điện xoay chiều (W)
- I là cường độ dòng điện (A)
- α là độ lệch pha giữa điện áp và cường độ dòng điện
3.3. Chu kỳ tần số của dòng điện xoay chiều
F=1/T
Trong đó:
- T là chu kỳ dòng điện xoay chiều (s)
- F là tần số dòng điện xoay chiều (Hz)
Các em học sinh làm thêm các dạng bài tập tại vềcác đại lượng về dòng điện xoay chiều tại đây nha!
4. Tác dụng của dòng điện xoay chiều
Các tác dụng của dòng điện xoay chiều (AC) bao gồm:
Tác dụng nhiệt: có thể tạo ra tác dụng nhiệt khi chúng chạy qua một vật liệu có kháng điện. Năng lượng của dòng điện sẽ được chuyển đổi thành nhiệt năng, dẫn đến gia nhiệt vật liệu và tăng nhiệt độ của nó. Tác dụng nhiệt được sử dụng trong nhiều ứng dụng như đun nấu, hàn, làm nóng…
Tác dụng quang: có thể tạo ra tác dụng quang khi chúng chạy qua một vật liệu phát quang như đèn huỳnh quang. Dòng điện sẽ kích thích các phân tử trong vật liệu phát quang và gây ra tỏa sáng. Tác dụng quang của dòng điện xoay chiều được sử dụng để tạo ánh sáng trong các thiết bị chiếu sáng.
Tác dụng từ: có thể tạo ra tác dụng từ khi chúng chạy qua một vật liệu dẫn điện như dây dẫn điện. Dòng điện sẽ tạo ra một trường từ xung quanh dây, tác động lên các vật thể gần nó và tạo ra một dòng điện tương tự trong đó. Tác dụng từ của dòng điện xoay chiều được sử dụng trong các ứng dụng điện tử như máy biến áp, máy phát điện…
5. So sánh sự khác biệt giữa dòng điện xoay chiều 1 pha và điện 3 pha
Giữa hai pha có một số sự khác biệt như sau:
| Nội dung | điện 1 pha | điện 3 pha |
| Hiệu điện thế | 220V, khá thấp | 380V, cao |
| Người sử dụng | Sử dụng cho sinh hoạt gia đình
các thiết bị công suất nhỏ các thiết bị ít hao phí điện năng |
Sử dụng cho việc truyền tải, sản xuất công nghiệp sử dụng thiết bị điện có công suất lớn để giải quyết vấn đề tổn hao điện năng |
| Ưu điểm | Công suất nhỏ, phù hợp phục vụ cho gia đình nên chi phí thiết kế thấp
Sử dụng cho các thiết bị có công suất nhỏ Hệ thống điện 1 pha thiết kế đơn giản |
Công suất lớn, hiệu quả cho các thiết bị công suất lớn
Sử dụng truyền tải điện đi xa nên tiết kiệm chi phí, tránh tiêu hao năng lượng Cấu tạo đơn giản, nhiều đặc tính tốt hơn so với các thiết bị điện 1 pha |
6. Ứng dụng của dòng điện xoay chiều trong đời sống là gì?
Dòng điện xoay chiều có rất nhiều ứng dụng trong các thiết bị điện tử và các hệ thống điện. Một số ứng dụng phổ biến bao gồm:
Hệ thống điện tại nhà: được sử dụng trong hầu hết các hệ thống điện tại nhà, bao gồm đèn chiếu sáng, máy giặt, tủ lạnh, điều hòa không khí và nhiều thiết bị khác. Dòng điện xoay chiều được sử dụng vì nó có thể được chuyển đổi thành một loại điện năng khác, ví dụ như điện năng cơ khí.
Máy phát điện: được sử dụng để tạo ra điện năng trong các máy phát điện. Máy phát điện xoay chiều thường được sử dụng trong các trạm điện, để cung cấp điện cho các địa điểm công cộng, nhà máy và các cơ sở sản xuất.
Các thiết bị điện tử: được sử dụng trong rất nhiều thiết bị điện tử, bao gồm các máy tính, điện thoại di động và các thiết bị điện tử gia dụng khác. Nó cũng được sử dụng để cấp nguồn cho các động cơ và các thiết bị điện khác.
Hệ thống điện tàu hỏa: được sử dụng trong hầu hết các hệ thống điện tàu hỏa, bao gồm cả hệ thống phanh và hệ thống điều khiển tàu hỏa.
Các hệ thống điện công nghiệp: được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điện công nghiệp, bao gồm các hệ thống sản xuất và chế biến, hệ thống chiếu sáng, hệ thống giám sát và điều khiển.
Các hệ thống điện mặt trời: được sử dụng để chuyển đổi điện năng mặt trời thành điện năng sử dụng được trong các hệ thống điện mặt trời.
>>Đọc thêm: Sóng âm
6. Bài tập dòng điện xoay chiều thường gặp
Câu 1. Hãy xác định đáp án đúng. Dòng điện xoay chiều i = 10 cos100πt (A),qua điện trở R = 5 .Nhiệt lượng tỏa ra sau 7 phút là :
- A .500J.
- 50J .
- C.105KJ.
- D.250 J
Câu 2. Một dòng điện xoay chiều chạy qua điện trở R = 10 Ω, nhiệt lượng tỏa ra trong 30 phút là 900 kJ. Cường độ dòng điện cực đại trong mạch là
- I0 = 0,22 A.
- I0 = 0,32 A.
- I0 = 7,07 A.
- I0 = 10,0 A.
Câu 3. Một dòng điện xoay chiều có biểu thức cường độ tức thời là i = 10cos(100πt + π/3)A . Phát biểu nào sau đây không chính xác ?
- Biên độ dòng điện bằng 10 A.
- Tần số dòng điện bằng 50 Hz.
- Cường độ dòng điện hiệu dụng bằng 5 A.
- Chu kỳ của dòng điện bằng 0,02 (s).
Câu 4. Đối với suất điện động xoay chiều hình sin, đại lượng nào sau đây luôn thay đổi theo thời gian?
- Giá trị tức thời.
- Biên độ.
- Tần số góc.
- Pha ban đầu.
Câu 5. Một mạng điện xoay chiều 220 V – 50 Hz, khi chọn pha ban đầu của điện áp bằng không thì biểu thức của điện áp có dạng
- u = 220cos(50t) V
- u = 220cos(50πt) V
- u = 220√2cos(100t) V
- u = 220√2cos(100πt) V
Các em làm thêm các bài tập về dòng điện xoay chiều và các nội dung trong chương trình học môn Lý thi THPT Quốc gia tại đây.
Tổng kết lại, dòng điện xoay chiều (AC) là một trong những kiến thức quan trọng mà các em học sinh cần phải biết để có thể đạt được điểm cao trong các bài kiểm tra và bài thi. Hy vọng sau bài viết này, các em có thể nắm được toàn bộ lý thuyết và các dạng bài tập dòng điện xoay chiều thường gặp. Để làm thêm các bài tập bổ ích hơn, các em có thể đưng ký tài khoản và làm các câu hỏi trắc nghiệm online tại Học thông minh nhé!
