Tiếp tục tìm hiểu về các linh kiện điện tử, BKAII sẽ cùng các bạn tìm hiểu về cuộn cảm với những thông tin liên quan đến khái niệm, cấu tạo và nguyên lí hoạt động nhé!
Khác với tụ điện, cuộn cảm không phải là một thành phần quá quen thuộc trong các mạch điện tử. Mặt khác, nó lại còn là một thành phần rất rắc rối trong mạch điện tử. Cuộn cảm cũng có hai chân nhưng cả hai đều không phân cực và cắm chiều nào cũng được.
Cuộn cảm [hay cuộn từ, cuộn từ cảm] là một loại linh kiện điện tử thụ động tạo từ một dây dẫn điện với vài vòng quấn, sinh ra từ trường khi có dòng điện chạy qua. Cuộn cảm có một độ tự cảm [hay từ dung] L đo bằng đơn vị Henry [H].
Nguyên lý làm việc
Đối với dòng điện một chiều [DC], dòng điện có cường độ và chiều không đổi [tần số bằng 0]. Cuộn dây hoạt động như một điện trở có điện kháng gần bằng không hay nói khác hơn cuộn dây nối đoản mạch. Dòng điện trên cuộn dây sinh ra một từ trường [B] có cường độ và chiều không đổi.
Khi mắc điện xoay chiều [AC] với cuộn dây, dòng điện trên cuộn dây sinh ra một từ trường [B] biến thiên và một điện trường [E] biến thiên, nhưng luôn vuông góc với từ trường. Cảm kháng của cuộn dây phụ thuộc vào tần số của dòng xoay chiều.
Cuộn cảm L có đặc tính lọc nhiễu tốt cho các mạch nguồn DC có lẫn tạp nhiễu ở các tần số khác nhau tùy vào đặc tính cụ thể của từng cuộn dây, giúp ổn định dòng, ứng dụng trong các mạch lọc tần số.
Cấu tạo của cuộn cảm
Dựa vào cấu tạo và phạm vi ứng dụng mà người ta phân chia cuộn cảm thành những loại chính sau: cuộn cảm âm tần, cuộn cảm trung tần và cuộn cảm cao tần.
Cuộn cảm cao tần và âm tần bao gồm một số vòng dây quấn lại thành nhiều vòng, dây quấn được sơn emay cách điện. Lõi cuộn dây có thể là không khí, hoặc là vật liệu dẫn từ như Ferrite hay lõi thép kỹ thuật.
Công dụng của cuộn cảm
Trong mạch điện tử, cuộn cảm là vật dụng dùng để dẫn dòng điện một chiều. Ghép nối hay ghép song song với tụ để tạo thành mạch cộng hưởng. Trong mạch điện, cuộn cảm có tác dụng chặn dòng điện cao tần
Các đại lượng đặc trưng của cuộn cảm:
- Hệ số tự cảm: là đại lượng đặc trung cho sức điện động cảm ứng của cuộn dây khi có dòng điện biến thiên chạy qua.
- Cảm kháng: là một trong những đại lượng đặc trưng cho sự cản trở dòng điện của cuộn dây đối với dòng điện xoay chiều.
- Điện trở thuần của cuộn dây: là điện trở mà người sử dụng có thể đo được thông qua đồng hồ vạn năng. Nếu cuộn dây có chất lượng thì điện trở thuần sẽ tương đối nhỏ so với cảm kháng. Điện trở thuần chính là điện trở hao tổn vì trong quá trình hoạt động điện trở này sinh ra nhiệt làm cho cuộn dây nóng lên.
Xem thêm:
Hi vọng qua bài viết này bạn có thể biết thêm được những thông tin bổ ích về cuộn cảm. Có thắc mắc hay cần thêm thông tin gì các bạn liên hệ BKAII nhé!
"BKAII -Thiết bị truyền thông TỐT nhất với giá CẠNH TRANH nhất!"
Trong mạch điện xoay chiều thường có các phần tử như điện trở [R], tụ điện [C] hay cuộn cảm thuần [L]. Với mỗi phần tử khác nhau trong mạch điện sẽ cho công thức tính cường độ dòng điện I khác nhau, độ lệch pha ban đầu giữa hiệu điện thế U và cường độ dòng điện I cũng khác nhau.
Bạn đang xem: Cuộn cảm thuần là gì, mạch Điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần
Vậy đối với mạch điện xoay chiều chỉ có một phần tử là điện trở R, tụ điện C hay cuộn cảm thuần L thì công thức tính cường độ dòng điện như thế nào? Hiệu điện thế U sớm hay trễ pha so với cường độ dòng điện I, chúng ta cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây.
I. Mối quan hệ giữa U và I trong mạch điện xoay chiều
• Nếu cường độ dòng điện trong mạch xoay chiều có dạng:
• Khi đó, ta có:
° φ>0: u sớm pha φ so với i
° φII. Mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở R
1. Khảo sát mạch xoay chiều chỉ có điện trở R
- Nối 2 đầu R vào điện áp xoay chiều u = U0cosωt
2. Định luật ôm [Ohm] cho mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở
• Định luật: Cường độ hiệu dụng trong mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở có giá trị bằng thương số giữa điện áp hiệu dụng và điện trở của mạch.
- Công thức định luật Ôm cho mạch xoay chiều chỉ có điện trở:
• Cường độ dòng điện tức thời trong mạch cùng pha với điện áp tức thời hai đầu mạch.
III. Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện C
1. Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện C
- Điện tích bản bên trái của tụ điện:
- Giả sử tại thời điểm t, dòng điện có chiều như hình trên, điện tích tụ điên tăng lên, sau khoảng thời gian Δt, điện tích trên bản tăng Δq.
- Khi Δt, Δq → 0 thì:
- Đặt:
- Chọn:
- Đặt:
Trong đó: ZC là dung kháng của mạch, đơn vị là Ω.
2. Định luật Ôm [Ohm] cho đoạn mạch chỉ có tụ điện C
• Định luật: Cường độ hiệu dụng trọng mạch điện xoay chiều chỉ chứa tụ điện có giá trị bằng thương số của điệp áp hiệu dụng giữa hai đầu mạch và dung kháng của mạch.
- Công thức định luật Ôm cho mạch xoay chiều chỉ có dung kháng:
3. So sánh pha của u và i trong mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện C
• i sớm pha hơn π/2 so với u [hay u trễ pha π/2 so với i].
4. Ý nghĩa của dung kháng
• ZC là đại lượng biểu hiện sự cản trở dòng điện xoay chiều của tụ điện.
• Dòng điện xoay chiều có tần số cao [cao tần] chuyển qua tụ điện dễ dàng hơn dòng điện xoay chiều tần số thấp.
• ZC có tác dụng làm cho i sớm pha hơn π/2 so với u.
IV. Mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm L
1. Hiện tượng tự cảm trong mạch điện xoay chiều
• Cuộn cảm thuần là cuộn cảm có điện trở không đáng kể, khi dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn cảm sẽ xảy ra hiện tượng tự cảm.
• Khi có dòng điện i chạy qua một cuộn cảm, từ thông tự cảm có biểu thức: φ = Li với L là độ tự cảm của cuộn cảm.
• Trường hợp i là một dòng điện xoay chiều, suất điện động tự cảm
• Khi Δt→0:
2. Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần L
• Đặt vào 2 đầu cuộn cảm L một điện áp xoay chiều, giả sử i trong mạch là:
• Điệp áp tức thời 2 dầu cuộn cảm thuần là:
- Đặt
- Với ZL gọi là cảm kháng của mạch, đơn vị là Ω.
3. Định luật Ôm [Ohm] trong mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần L
• Định luật: Trong đoạn mạch xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần, cường độ hiệu dụng có giá trị bằng thương số của điện áp hiệu dụng và cảm kháng của mạch.
- Công thức định luật Ôm cho mạch xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần:
4. So sánh pha của u so với i trong mạch chỉ có L
• i trễ pha hơn π/2 so với u [hay u sớm pha π/2 so với i].
5. Ý nghĩa của cảm kháng
• ZL là đại lượng biểu hiện sự cản trở dòng điền xoay chiều của cuộn cảm.
• Cuộn cảm có L lớn sẽ cản trở nhiều đối với dòng điện xoay chiều, nhất là dòng điện xoay chiều có tần số cao.
• ZL cũng có tác dụng làm cho i trễ pha π/2 so với u.
Xem thêm:
V. Bài tập vận dụng cho mạch xoay chiều chỉ có 1 phần tử là Điện trở, tụ điện hay cuộn cảm thuần
* Bài 1 trang 74 SGK Vật Lý 12: Phát biểu định luật Ôm của dòng điện xoay chiều đối với mạch chỉ có
a] một tụ điện
b] một cuộn cảm thuần
° Lời giải bài 1 trang 74 SGK Vật Lý 12:
• Định luật Ôm của dòng điện xoay chiều chỉ có một tụ điện.
- Cường độ hiệu dụng trong mạch điện xoay chiều chứa tụ điện có giá trị bằng thương số của điện áp hiệu dụng giữa hai đầu mạch và dung kháng của mạch: I = U/ZC
• Định luật Ôm của dòng điện xoay chiều chỉ có một cuộn cảm thuần.
- Cường độ hiệu dụng trong mạch điện xoay chiều chứa một cuộn cảm thuần có giá trị bằng thương số của điện áp hiệu dụng giữa hai đầu mạch và cảm kháng của mạch: I = U/ZL
* Bài 2 trang 74 SGK Vật Lý 12: So sánh tác dụng cản trở dòng điện xoay chiều thể hiện trong
a] ZC b] ZL
° Lời giải bài 2 trang 74 SGK Vật Lý 12:
• Dung kháng
⇒ ZC tỉ lệ nghịch với C và f.
⇒ Nếu C và f tăng thì ZC giảm, ít cản trở dòng điện và ngược lại.
• Cảm kháng ZL = Lω = 2πf.L ⇒ ZL tỉ lệ với L và f
⇒ Nếu L và f tăng thì cản trở dòng điện nhiều và ngược lại.
* Bài 3 trang 74 SGK Vật Lý 12: Điện áp giữa hai đầu của một tụ điện : u = 100√2cos100πt [V]. Cường độ hiệu dụng trong mạch I = 5V.
a] xác định C
b] Viết biểu thức của i
° Lời giải bài 3 trang 74 SGK Vật Lý 12:
a] Theo định luật Ôm trong mạch C, ta có:
b] Biểu thức cường độ trong đoạn mạch chỉ có C thì i sớm pha hơn u một góc π/2
i = I0cos[100πt + π/2] với I0 = I√2 = 5√2 [A]
⇒ i = 5√2cos[100πt + π/2] [A]
* Bài 4 trang 74 SGK Vật Lý 12: Điện áp giữa hai đầu của một cuộn cảm thuần: u = 100√2cos100πt [V], Cường độ hiệu dụng trong mạch I = 5V.
a] xác định L
b] Viết biểu thức của i
° Lời giải bài 4 trang 74 SGK Vật Lý 12:
a] Định luật Ôm trong mạch L, ta có:
b] Biểu thức cường độ trong đoạn mạch chỉ có L thì i trễ pha hơn u một góc π/2
i = I0cos[100πt – π/2] với I0 = I√2 = 5√2 [A]
⇒ i = 5√2cos[100πt – π/2] [A]
* Bài 5 trang 74 SGK Vật Lý 12: Chứng minh rằng, khi hai cuộn cảm thuần L1 và L2 mắc nối tiếp trong một mạch điện xoay chiều thì cuộn cảm tương đương có cảm kháng cho bởi: ZL = [L1 + L2]ω
° Lời giải bài 5 trang 74 SGK Vật Lý 12:
- Gọi i = I0cosωt [A] là dòng điện qua mạch điện. Vì L1 nối tiếp L2 nên u = u1 + u2; I1 = I2 = I.
- Các điện áp hai đầu L1 và L2 đều nhanh pha hơn i một góc π/2 nên:
⇒ U = U1 + U2 = I. ZL1 + I.ZL2 = I.[ZL1 + ZL2] = I.[L1.ω + L2.ω]
⇒ Tổng trở của mạch:
⇒ ZL = Z = [L1 + L2]ω
* Bài 6 trang 74 SGK Vật Lý 12: Chứng minh rằng, khi hai tụ điện C1 và C2 mắc nối tiếp thì điện dung tương đương có dung kháng:
° Lời giải bài 6 trang 74 SGK Vật Lý 12:
- Gọi i = I0cosωt [A] là dòng điện qua mạch điện. Vì C1 nối tiếp C2 nên U = U1 + U2; I1 = I2 = I,
- Các điện áp hai đầu C1 và C2 đều chậm pha hơn i một góc π/2 và có giá trị hiệu dụng:
⇒ Tổng trở của mạch:
⇒
* Bài 7 trang 74 SGK Vật Lý 12: Một đoạn mạch chứa một số tụ điện có điện dung tương đương C, đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp tức thời u = U0cosωt [V]. Cường độ hiệu dụng trong mạch là bao nhiêu?
A.
° Lời giải bài 7 trang 74 SGK Vật Lý 12:
- Đáp án đúng: D.
- Vì
* Bài 8 trang 74 SGK Vật Lý 12: Đoạn mạch chứa một cuộn cảm thuần L, đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp tức thời u = Umcosωt[V]thì cường độ hiệu dụng trong mạch là bao nhiêu?
A.
° Lời giải bài 8 trang 74 SGK Vật Lý 12:
- Đáp án đúng: B.
- Vì
* Bài 9 trang 74 SGK Vật Lý 12: Điện áp u = 200√2cosωt [V] đặt vào hai đầu một cuộn dây cảm thuần thì tạo ra dòng điện có cường độ hiệu dụng I = 2A. Cảm kháng có giá trị là bao nhiêu?
A. 100Ω B. 200Ω C. [100√2]Ω D. [200√2]Ω
° Lời giải bài 9 trang 74 SGK Vật Lý 12:
- Đáp án đúng: A. 100Ω
- Vì theo định luật Ôm:
Hy vọng với bài viết về Mạch điện xoay chiều chỉ có 1 phần tử: Điện trở R, Tụ điện C hay Cuộn cảm thuần L và bài tập vận dụng ở trên hữu ích cho các em. Mọi góp ý và thắc mắc các em vui lòng để lại bình luận dưới bài viết để evolutsionataizmama.com nghi nhận và hỗ trợ, chúc các em học tập tốt.