TỤ ĐIỆN TRONG MẠCH ĐIỆN
XOAY CHIỀU
I / MỤC TIÊU :
Hiểu các tác dụng của tụ điện trong mạch điện xoay chiều.
Nắm được khái niệm dung kháng. Biết cách tính dung kháng và vẽ giản đồ
vectơ cho đoạn mạch chỉ có tụ điện.
II / CHUẨN BỊ :
Nên chuẩn bị tụ có dung kháng cùng bậc độ lớn với điện trở của đèn để dễ
quan sát hiện tượng đèn sáng lên khi thay tụ bởi dây dẫn. Nếu không có dao động
kí hai chùm tia thì GV cần vẽ trước đồ thị biểu diễn hiệu điện thế và cường độ
dòng điện qua tụ theo thời gian trên giấy to hoặc trên bảng.
III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC :
Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên
Hoạt động 1 :
HS : Học sinh mắc mạch điện.
GV : Hướng dẫn học sinh cách mắc
HS : Đèn sáng.
HS : Dòng điện.
HS : Sáng hơn.
HS : Tụ điện có tác dụng cản trở đối với
dòng điện xoay chiều.
HS : u và i biến thiên điều hòa cùng tần
số và lệch pha /2 đối với hiệu điện thế.
Hoạt động 2 :
HS : u = Uosint
HS : q = Cu = CUosint.
HS : i =
( sin )
o
d
CU t
dt
CUocost
Hay i = Iocost (38.2)
Với Io = CUo là biên độ của dòng
điện qua tụ điện.
sơ đồ như hình 38.1
GV : Sau khi đóng khóa K ta thấy đèn
như thế nào ?
GV : Hiện tượng này chứng tỏ trong
mạch xuất hiện cái gì ?
GV : Nếu tụ điện bằng dây dẫn thì độ
sáng của đèn như thế nào ?
GV : Hiện tượng này chứng tỏ điều gì
?
GV : Hướg dẫn học sinh quan sát dao
động ký điện tử ?
GV : Viết biểu thức hiệu điện thế giữa
hai bản của tụ điện ?
GV : Viết biểu thức điện tích tức thời
trên bản của tụ điện nối vào điểm M ?
GV : Với quy ước : u > 0 nếu điện thế
của điểm M lớn hơn điện thế của điểm
N, i > 0 nếu dòng điện chạy từ M đến
N. Hãy tìm biểu thức của cường độ
HS : u = Uosint = Uocos(t -
2
)
HS :
2
Hoạt động 3 :
HS : Bằng 0
HS :
2
HS : Học sinh tự vẽ giãn đồ vectơ.
Hoạt động 4 :
HS : Giống nhau.
HS : R
HS : Cản trở dòng điện
dòng điện trong mạch ?
GV : Hướng dẫn học sinh biến đổi
biểu thức hiệu điện thế giữa 2 bản của
tụ điện ?
GV : So sánh pha của u và i ?
GV : Tại thời điểm t = 0, vectơ quay
I
biểu diễn cường độ dòng điện i =
Iocost hợp với trục Ox một góc bao
nhiêu ?
GV : Tại thời điểm t = 0, vectơ quay
C
U biểu diễn hiệu điện thế u =
Uocos(t -
2
) hợp với trục Ox một
góc bao nhiêu ?
GV : Em hãy so sánh biểu thức định
luật Ôm cho đoạn mạch một chiều chỉ
có điện trở R ?
GV : Vai trò của ZC giống đại lượng
nào ?
GV : Nêu ý nghĩa của ZC ?
IV / NỘI DUNG :
1. Thí nghiệm
Hình 38.1 Sơ đồ thí nghiệm nghiên cứu tác dụng của tụ điện trong mạch điện
xoay chiều
2. Giá trị tức thời của cường độ dòng điện và hiệu điện thế
Giả sử giữa hai bản tụ điện M và N có hiệu điện thế xoay chiều :
u = Uosint (38.1)
Điện tích trên bản M ở thời điểm t là :
q = Cu = CUosint.
Quy ước chiều dương của dòng điện là chiều từ A tới B thì i =
dq
do đó :
i =
( sin )
o
d
CU t
dt
CUocost
hay i = Iocost (38.2)
với Io = CUo là biên độ của dòng điện qua tụ điện.
Vì u = Uosint = Uocos(t -
2
) nên ta thấy dòng điện qua tụ điện sớm pha
2
đối với hiệu điện thế.
3. Giản đồ vectơ
Như vậy, trên giản đồ vectơ cho đoạn mạch chỉ có tụ điện, vectơ
U
lập với
vectơ
I
một góc
2
theo chiều âm (xem Hình 38.4)
Hình 38.4 Giản đồ vectơ cho đoạn mạch chỉ có tụ điện và pha ban đầu của dòng
điện bằng không
4. Định luật Ôm cho đoạn mạch có tụ điện. Dung kháng.
Chia hai vế của biểu thức Io = CUo cho
2
ta có :
I = U
Nếu đặt
ZC =
C
(38.3)
Thì :
I =
C
U
Z
(38.4)