Dòng điện xoay chiều là gì? Sự khác biệt giữa dòng điện xoay chiều và dòng điện một chiều

Hiện nay, hầu hết các thiết bị, máy móc được sử dụng đều dùng dòng điện xoay chiều để hoạt động. Vậy dòng điện xoay chiều là gì, cách tạo ra dòng điện xoay chiều, ứng dụng của dòng điện xoay chiều như thế nào,….Nếu bạn đang có những thắc mắc này thì hãy dành ra ít phút để theo dõi bài viết dưới đây cùng chúng tôi nhé.

Dòng điện xoay chiều là gì?

Dòng điện xoay chiều là gì?

Dòng điện xoay chiều được hiểu là dòng điện có chiều và độ lớn cường độ biến thiên tuần hoàn theo thời gian. Chúng sẽ tuân theo một quy luật cố định thường là dao động hình sin với chu kỳ cố định có dạng tổng quát:

I = I_o.cos(ωt+φi)I = I_o.cos(ωt+φi)

Trong đó:

• i là giá trị của cường độ dòng điện tại thời điểm t và được gọi là giá trị tức thời của i (cường độ tức thời)
• I_o là giá trị cực đại của i (cường độ cực đại I_o > 0)
• ω là tần số góc (ω > 0)
•  f là tần số của I, T là chu kì của i
• (ωt + φ) là pha của i
• φi là pha ban đầu của dòng điện

Dòng điện xoay chiều thường được sử dụng để vận hành hệ thống máy móc, thiết bị gia dụng hoặc dây chuyền sản xuất,…tại các hộ gia đình, công ty, doanh nghiệp.

Cách tạo ra dòng điện xoay chiều

Căn cứ vào nguyên tắc để tạo ra dòng điện xoay chiều là hiện tượng cảm ứng điện từ mà chúng ta có thể tạo ra nó theo một trong hai cách dưới đây.

Cách 1: Sử dụng một cuộn dây dẫn kín và một cục nam châm, sau đó cho nam châm quay xung quanh dây dẫn, ta có thể tạo ra dòng điện xoay chiều. 

Cách 2: Cho cuộn dây dẫn quay xung quanh một từ trường đã được tạo từ trước đó để tạo ra dòng điện xoay chiều. Đây chính là cách được dùng trong các thí nghiệm vật lý.

Các thông số liên quan đến dòng điện xoay chiều

+> Ký hiệu

Dòng điện xoay chiều được ký hiện là AC, viết tắt của từ Alternating current với biểu tượng “ ~ “ , hình mô phỏng dạng sóng hình sin theo quy luật dao động của dòng điện xoay chiều.

+> Công thức tính chu kỳ, tần số và công suất

- Chu kỳ của dòng điện xoay chiều là thời gian ngắn nhất mà dòng điện có thể lặp lại vị trí dao động ban đầu và được xác định bởi công thức:   T = 2π/ω với T là chu kỳ dao động của dòng điện (s) và φ là góc lệch giữa pha dao động của U và I.

- Tần số là đại lượng cho biết số lần dao động lặp lại của dòng điện trong 1s và được xác định bằng công thức F = 1/T (F là tần số, đơn vị Hz).

- Công suất dòng điện xoay chiều là giá trị cho biết về “công” được tạo ra khi sử dụng của dòng điện và được xác định bởi công thức:

P = U.I.cosφ

Trong đó: 

• U là độ lớn điện áp (V)
• I là cường độ dòng điện (A)
• P là công suất (W)
• φ là góc lệch giữa pha dao động của U và I

+> Suất điện động xoay chiều

Cho khung dây dẫn phẳng có diện tích S, N vòng dây quay đều với vận tốc ω xung quanh trục vuông góc với các đường sức từ của một từ trường đều có cảm ứng từ  ⃗B. Theo định luật cảm ứng điện từ thì sẽ có một suất điện động xuất hiện trong khung dây và biến đổi theo định luật dạng cosin với thời gian, được gọi là suất điện động xoay chiều. Nó được xác định theo công thức:

E = ω.N.B.S.sinωt

Trong đó:

• E là suất điện động xoay chiều (V)
• S là diện tích một vòng dây (S:m2)
• N là số vòng dây của khung
• B là Tesla (T)
• ω là vận tốc góc không đổi của khung dây

+> Giá trị hiệu dụng 

Dòng điện xoay chiều có tác dụng toả nhiệt như dòng điện một chiều. Khi xét về mặt toả nhiệt trong một thời gian dài, dòng điện xoay chiều I = I_o.cos(ωt+φi) và nó tương đương với dòng điện một chiều có cường độ không đổi.

Cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều bằng cường độ của dòng điện không đổi nếu cho chúng lần lượt đi qua cùng một điện trở trong khoảng thời gian bằng nhau thì nhiệt lượng toả ra bằng nhau.

Các giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều bao gồm:

Cường độ dòng điện hiệu dụng: I = I_o/√2

Hiệu điện thế hiệu dụng:   U =  U_o/√2                         

Suất điện động hiệu dụng: E = E_o/√2

Trong đó, I_o, U_o, E_o lần lượt là các giá trị cực đại của cường độ dòng điện, hiệu điện thế và suất điện động xoay chiều.

+> Nhiệt lượng toả ra trên điện trở R

Nhiệt lượng toả ra Q trên điện trở R trong khoảng thời gian t khi có dòng điện xoay chiều 

i(t) = I_o.cos(ωt + φi) chạy qua sẽ được xác định bằng công thức:

Q = R.I².t

Ứng dụng của dòng điện xoay chiều

1/ Tác dụng quang học

Điện năng được chuyển hóa thành quang năng, mang đến ánh sáng để phục vụ cho nhu cầu chiếu sáng của con người. Với hệ thống đèn phức tạp, đèn nhiều màu, cụm đèn nhấp nháy ấn tượng,…nó được sử dụng để trang trí.

Dòng điện xoay chiều giúp thắp sáng bóng đèn

2/ Tác dụng nhiệt

Dưới tác dụng của điện năng, các vật sẽ dẫn nóng lên đến một nhiệt độ nhất định để phù hợp với nhu cầu sử dụng của con người như:

- Hệ thống các loại bếp điện: Bếp nướng hồng ngoại, bếp điện,…

Bếp hồng ngoại được sử dụng rất phổ biến hiện nay

- Lò sưởi thông minh, chăn điện, đèn sưởi nhà tắm, phòng ngủ,…

3/ Tác dụng từ

Từ trường là một trong những điều kiện cần và đủ để tạo ra dòng điện xoay chiều và chúng ta có thể dễ dàng nhận biết điều này bằng cách đưa thanh sắt lại gần cuộn dây. Nó sẽ bị hút vào.

Tác dụng từ của dòng điện xoay chiều được ứng dụng trong bếp từ và một số ứng dụng khám chữa bệnh tại bệnh viện,…

4/ Tác dụng sinh lý

Trong các bệnh viện, cơ sở y tế, dòng điện xoay chiều được ứng dụng trong việc thăm khám và điều trị bệnh nhờ vào tác dụng giật của dòng điện như: châm cứu, kích tim…

Máy kích tim dùng trong các bệnh viện

Sự khác biệt giữa dòng điện xoay chiều và dòng điện một chiều

So sánh dòng điện xoay chiều và dòng điện một chiều

Để chuyển đổi từ dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều và ngược lại, người ta sử dụng máy biến tần.

Hình ảnh máy biến tần

Dòng điện một chiều DC sẽ truyền vào cuộn sơ cấp của máy biến áp thông qua một đĩa quay tròn với các kết nối phức tạp khác. Khi đĩa quay, dòng DC sẽ liên tục được chuyển hướng và chuyển tới cuộn sơ cấp thông qua dây dẫn. Máy biến áp nhận được dòng điện xoay chiều AC như một nguồn năng lượng đầu thay vì dòng DC ban đầu. Vì số vòng dây quấn trong cuộn thứ cấp nhiều hơn cuộn sơ cấp nên nó sẽ làm tăng mức điện áp dòng điện AC tại đầu ra. Ngoài ra, tốc độ quay của đĩa cũng điều chỉnh tần sóng của dòng AC tại đầu ra.

Chuyển đổi dòng điện một chiều thành xoay chiều

Trong ngành công nghiệp điện mặt trời, máy biến tần inverter được sử dụng để chuyển đổi dòng điện một chiều thành xoay chiều để hòa vào lưới điện quốc gia và cung cấp điện cho các tải tiêu thụ.

Vậy là labvietchem đã giúp các bạn tìm hiểu thế nào là dòng điện xoay chiều, ứng dụng của dòng điện xoay chiều, cách chuyển đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều. Hy vọng đây sẽ là những thông tin hữu ích đối với bạn đọc.

Xem thêm:

• Máy quang phổ là gì? Hướng dẫn chi tiết cách sử dụng máy quang phổ
• Kỹ thuật an toàn trong phòng thí nghiệm hóa học đạt chuẩn