1. Khái niệm về dòng điện xoay chiều
a. Giới thiệu chung
Dòng điện xoay chiều viết tắt là AC - Alternating Current. Nghĩa là chiều của dòng điện trong mạch luôn luôn thay đổi theo thời gian. Khác với dòng điện DC [Direct Current] - dòng chảy trong mạch chỉ theo một chiều nhất định. Dòng điện đang được sử dụng trong nhà chúng ta là AC, có điện áp hiệu dụng là 220V.
Thông thường, dây điện khi kéo từ nhà máy điện đến nhà thường có 2 dây dẫn. Ở Việt Nam, hai dây dẫn này thường gọi là dây nóng [hay dây pha] và dây nguội [hay còn gọi là dây trung tính].
+ Dây nóng: có ký hiệu chuẩn là P hoặc L, là dây luôn luôn có điện và chiều dòng điện luôn luôn thay đổi theo thời gian. Biểu đồ bên dưới mô tả sự thay đổi điện áp này:
+ Dây nguội: hay còn gọi là dây trung tính, ký hiệu là N, là dây không có điện và đã được nối đất tại nhà máy phát điện.
Khi dây nóng và dây nguội được kết nối vối tải, ví dụ như bóng đèn. Lúc đó bóng đèn sẽ sáng.
Ta phân tích quá trình hoạt động của mạch như sau :
Khi điện áp trên dây nóng ở [bán kỳ dương] V+, dòng điện sẽ từ dây nóng đi qua dây tóc bóng đèn, qua dây nguội [dây trung tính] và đi xuống đất.
Khi điện áp trên dây nóng trở về lại giá trị V- [bán kỳ âm], lúc này điện áp trên dây nguội [dây màu xanh] là 0V lớn hơn dây nóng nên sẽ có dòng điện chảy từ dây nguội, đi về dây nóng và đi về máy ở nhà máy phát điện.
Quá trình thay đổi chiều dòng điện như vậy diễn ra liên tục trong mạch với tần suất 50 lần trong 1 giây [50Hz], thật sự dây tóc của bóng đèn sẽ chớp tắt liên tục khi có dòng điện chạy qua, do nguội chậm và mắt người có khả năng lưu sáng,nên ta không cảm nhận được hiện tượng trên.
b. Chi tiết
Dòng điện xoay chiều là dòng điện có chiều và giá trị thay đổi theo thời gian, những thay đổi này tuần hoàn theo chu kỳ xác định.
Chu kỳ và tần số của dòng điện xoay chiều:
Chu kỳ của dòng điện xoay chiều [ký hiệu: T] là khoảng thời gian dòng điện xoay chiều lặp lại vị trí cũ, chu kỳ có đơn vị là giây [s]. Tần số dòng điện xoay chiều ký hiệu là : f , là số lần lặp lại vị trí cũ của dòng điện xoay chiều. f = 1/T , đơn vị là Hz.
Pha của dòng điện xoay chiều :
Nói đến pha của dòng điện xoay chiều ta thường nói đến sự so sáng giữa 2 dòng điện xoay chiều có cùng tần số.Hai dòng điện xoay chiều đồng pha là hai dòng điện có điện áp cùng tăng, cùng giảm ở các thời điểm.
| Hai dòng điện xoay chiều đồng pha |
| Hai dòng điện xoay chiều ngược pha |
| Hai dòng điện xoay chiều lệch pha |
Biên độ của dòng điện xoay chiều:
Biên độ của dòng điện xoay chiều là giá trị điện áp đỉnh [giá trị lớn nhất] của dòng điện xoay chiều. Biên độ này thường lớn hơn điện áp mà ta đo được bằng đồng hồ.
Giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều:
Thường là giá trị đo được từ các đồng hồ và cũng là giá trị điện áp được ghi trên jack cắm nguồn của các thiết bị điện tử. Ví dụ nguồn 220V AC mà ta đang sử dụng chính là chỉ giá trị hiệu dụng, thực tế biên độ đỉnh của điện áp 220V AC khoảng 220V x 1,4 lần = khoảng 300V.
Công suất của dòng điện xoay chiều:
Công xuất dòng điện xoay chiều phụ thuộc vào cường độ, điện áp và độ lệch pha giữa hai đại lượng trên , công xuất được tính bởi công thức:P = U.I.cosα
Trong đó:
- U: là điện áp
- I: là dòng điện
- α: là góc lệch pha giữa U và I
Page 2
1. Khái niệm
- DC là viết tắt của Direct Current: Hiểu một cách đơn giản là dòng điện chảy theo một hướng cố định, không hề thay đổi [là dòng chuyển động có hướng của các điện tích ]. Cường độ có thể tăng hoặc giảm nhưng không hề thay đổi chiều.
- Một điện áp DC có giá trị luôn luôn là dương hoặc là âm. Giá trị có thể tăng hoặc giảm nhưng không bị thay đổi giữa dương và âm. Ví dụ: nguồn DC +5V vì lý do gì đó bị giảm giá trị xuống 3V hoặc 1V nhưng không thể là -1V [lý do: chạm chập 2 cực âm và dương, sụt áp, ...]
| Gợn sóng dòng điện DC |
Các mạch điện thường yêu cầu một nguồn cung cấp DC có giá trị không đổi hoặc là tín hiệu DC có một chút gợn sóng như hình trên.
Các bộ nguồn/pin/ắc quy thì cung cấp điện áp DC không đổi, là sự chọn lựa tốt cho các mạch điện của chúng ta. Nguyên tắc chung của các bộ nguồn này là chuyển đổi điện áp AC ngõ vào lớn thành một điện áp AC có biên độ nhỏ hơn. Tiếp đó thì sử dụng cầu diode để chuyển đổi AC thành DC kết hợp với các tụ lọc nhiễu để tạo ra một điện áp DC ở ngõ ra với một chút gợn sóng. Tùy vào chất lượng nguồn mà giá trị DC ngõ ra có gợn sóng nhiều hay ít. Nhưng đa phần là đáp ứng tốt cho hầu hết các mạch điện. Chú ý thêm là: tùy vào từng loại thiết bị yêu cầu độ ổn định [gợn sóng] thì chúng ta cho loại nguồn cho phù hợp [Vì bộ nguồn DC ổn định thường có giá thành cao hơn].
2. Cấu trúc nguyên tử
Để hiểu về bản chất dòng điện ta biết rằng [kiến thức PTTH] tất cả các nguyên tố đều được cấu tạo lên từ các nguyên tử và mỗi nguyên tử của một chất được cấu tạo bởi hai phần là :
- Một hạt nhân ở giữa các hạt mang điện tích dương gọi là Proton và các hạt trung hoà điện gọi là Neutron.
- Các Electron [điện tử ] mang điện tích âm chuyển động xung quanh hạt nhân.
- Bình thường các nguyên tử có trạng thái trung hoà về điện nghĩa là số Proton hạt nhân bằng số electron ở bên ngoài nhưng khi có tác nhân bên ngoài như áp suất, nhiệt độ, ma sát tĩnh điện, tác động của từ trường .. thì các điện tử electron ở lớp ngoài cùng có thể tách khỏi quỹ đạo để trở thành các điện tử tự do.
- Khi một nguyên tử bị mất đi một hay nhiều điện tử, chúng bị thiếu điện tử và trở thành ion dương và ngược lại khi một nguyên tử nhận thêm một hay nhiều điện tử thì chúng trở thành ion âm.
3. Bản chất và chiều của dòng điện
Khi các điện tích tập trung với mật độ cao chúng tạo lên hiệu ứng tích điện- Dòng điện chính là dòng chuyển động của các hạt mang điện như : điện tích , ion.
- Chiều dòng điện được quy ước đi từ dương sang âm [ ngược với chiều chuyển động của các điện tích - đi từ âm sang dương ]
4. Tác dụng của dòng điện
Khi có một dòng điện chạy qua dây dẫn điện như thí nghiệm sau :Ta thấy rằng dòng điện đã tạo ra một từ trường xung quanh để làm lệch hướng của nam châm, khi đổi chiều dòng điện thì từ trường cũng đổi hướng => làm nam châm lệch theo hướng ngược lại.
- Dòng điện chạy qua bóng đèn làm bóng đèn phát sáng và sinh ra nhiệt năng
- Dòng điện chạy qua động cơ làm quay động cơ quay sinh ra cơ năng
- Khi ta nạp ác quy các cực của ắc quy bị biến đổi và dòng điện có tác dụng hoá năng..
5. Nguồn điện 1 chiều
Là nguồn phát ra dòng điện 1 chiều, dòng điện này có chiều xác định, độ lớn có thể vẫn biến thiên nhưng trị số của nó luôn nằm giới hạn trong 1 phía của trục thời gian Ox, nghĩa là hoặc luôn dương [+], hoặc luôn âm [-] và không đi qua giá trị "0". Các nguồn cấp một chiều có thể là:
- Các loại PIN, acquy
- Đầu ra của các bộ chỉnh lưu từ dòng xoay chiều sang dòng 1 chiều