Các tác dụng của dòng điện xoay chiều

Dòng điện xoay chiều

Dựa trên thực tế, dòng điện chạy trong cuộc sống của mỗi chúng ta và nó đóng then chốt cho sự phát triển công nghiệp, cơ sở hạ tầng và thậm chí là kinh tế. Hiện nay trong việc cung cấp điện hiện đại nhất thì không thể thiếu được dòng điện xoay chiều vì nó cực kỳ quan trọng. Và nếu bạn quan tâm đến vật lý và muốn làm rõ các tác dụng của dòng điện xoay chiều thì hãy tìm hiểu thông qua bài viết bên dưới.

Định nghĩa của dòng điện xoay chiều là gì?

Các hệ thống phân phối điện và nhà máy điện thường tạo ra sử dụng dòng điện xoay chiều AC. Dòng điện này mang lại nhiều lợi ích cho người dùng, đầu tiên chính là giá thành rẻ hơn so với mặt bằng chung; sau đó nó ít tổn thất năng lượng hơn so với dòng điện 1 chiều, nhất là khi truyền tải điện ở khoảng cách rất xa hơn 1000km. Trái ngược với dòng điện một chiều, dòng điện xoay chiều thường thay đổi chiều và cường độ nhiều lần trong một giây. 

Dòng điện xoay chiều là gì
Dòng điện xoay chiều là gì

Để giảm tổn thất năng lượng trong quá trình truyền tải dòng điện xoay chiều, năng lượng điện được truyền ở điện áp cao hơn và dòng điện thấp hơn. Hơn nữa, điều này giúp truyền năng lượng điện trên một khoảng cách dài nhất định thông qua lưới điện. Điện sau đó được giảm xuống ngay trước khi được phân phối để sử dụng điện bình thường hàng ngày.

Đồ thị dòng điện xoay chiều

Các dòng điện xoay chiều chuyển động theo nhiều chu kỳ khác nhau nhưng dạng sóng phổ biến nhất là sóng hình sin tức là chuyển động của chúng có thể được biểu diễn bằng đồ thị hình sin. Đồ thị dòng điện xoay chiều (bạn có thể xem bên dưới) biểu thị mối quan hệ giữa điện áp và thời gian.

Đồ thị hình sin của dòng điện xoay chiều
Đồ thị hình sin của dòng điện xoay chiều

AC thay đổi cường độ của nó theo thời gian, xen kẽ giữa các giá trị dương và âm. Đầu tiên, điện áp tăng từ 0 đến điện áp cực đại dương cực đại, sau đó nó đảo ngược và giảm về 0. Sau đó, nó tiếp tục hành trình theo chiều âm và đi xuống cho đến khi đạt điện thế cực đại âm. Một lần nữa, điện áp thay đổi hướng và tăng lên bằng không, và hoàn thành toàn bộ một chu kỳ. Điều này có nghĩa là khi dòng điện xoay chiều chạy qua một mạch, dòng điện sẽ chạy qua các thành phần theo cả hai hướng. Một AC sẽ đạt giá trị cực đại và cực tiểu về độ lớn và sau đó sẽ dao động giữa chúng ( ± I max ), lặp lại chu kỳ này sau mỗi khoảng thời gian T.

Phương trình dòng điện xoay chiều

Chúng ta có thể biểu diễn AC một cách toán học dưới dạng phương trình sóng hình sin, như hình bên dưới. I max là giá trị lớn nhất của dòng điện tính bằng ampe (A) , I là cường độ dòng điện tại bất kỳ thời điểm nào , ω là tần số góc của nguồn cung cấp tính bằng radian trên giây (rad/s) và t là thời gian tính bằng giây (s).

Tương tự, chúng ta có thể sử dụng cùng một phương trình để biểu thị điện áp theo thời gian, trong đó V là điện áp tại bất kỳ thời điểm nào tính bằng vôn (V) và V max là điện áp tối đa.

Khoảng thời gian cũng có thể được biểu thị dưới dạng tần số hoặc vận tốc góc khi thuận tiện. Ở đây, f là tần số tính bằng Herz (Hz) và ω là vận tốc góc (rad/s).

Khoảng thời gian dao động giữa âm và dương là khoảng 50-60Hz tùy thuộc vào từng vùng quốc gia khác nhau và các tác dụng của dòng điện xoay chiều. 

Xem thêm bài viết: Nhôm có dẫn điện không

Dòng điện xoay chiều được tạo ra như thế nào?

Dòng điện xoay chiều được tạo ra bởi máy phát điện xoay chiều, bao gồm một dây dẫn quay trong từ trường do nam châm tạo ra. Khi dây dẫn quay trong từ trường, nó sẽ cắt các đường sức từ. Từ thông thay đổi qua dây tạo ra một lực (lực điện động) điều khiển các điện tích xung quanh dây. Dây dẫn tuần hoàn tạo ra dòng điện dao động chạy theo hai hướng tùy thuộc vào sự phân cực khác nhau của nam châm.

Cách tạo ra dòng điện xoay chiều
Cách tạo ra dòng điện xoay chiều

Sự quay của dây chính là yếu tổ sẽ xảy ra ở trên bất kỳ dòng dụng cụ nào, ví dụ như tua bin gió, tua bin hơi, nước chảy,…Dây quay sẽ đi từ các cực khác nhau theo một khoảng thời gian đều đặn giúp điện áp và dòng điện có thể đổi hướng ngay trên dây. Chính xác hơn thì khi dây quay thì cường độ thay đổi qua dậy tạo ra một lực rồi từ đây các điện tích bắt đầu chạy ra xugn quanh dây dẫn. 

Không dừng ở đó, lực được tạo ra từ dòng điện sẽ làm vòng dây quay tới 180 độ. Lực đổi chiều trong dây đã tạo ra dòng điện ngược chiều xung quanh dây dẫn đó. Do vậy, mỗi khi vòng chuyển hướng và quay 180 độ thì lực sẽ thay đổi hướng theo chiều ngược lại. Tất cả những điều này làm dòng chảy điện thay đổi liên tục, theo chu kỳ vào tạo ra dòng điện xoay chiều. Máy phát điện cũng có các vòng trượt để đảm bảo rằng đầu dây luôn được kết nối với cùng một phía của mạch điện. Nhờ đó mà chiều dòng điện thay đổi sau mỗi nửa vòng quay của dây dẫn.

Các ứng dụng của dòng điện xoay chiều là gì

Các ứng dụng của dòng điện xoay chiều đều dựa trên nguyên lý hoạt động cốt lõi của nó. Nhưng nhìn chung thì AC thường xuyên được sử dụng để cung cấp năng lượng cho một số động cơ điện, ví dụ động cơ điện xoay chiều. Bên cạnh đó, AC cũng được sử dụng để truyền năng lượng điện từ các trạm phát điện đến các khu đô thị hay nhà dân để sử dụng cho mục đích thương mại hoặc cá nhân cũng như các cơ sở công nghiệp khác.

Dòng điện xoay chiều được sử dụng chủ yếu trong công nghiệp vận tải và sản xuất điện năng. Trên thực tế, hầu hết mọi hộ gia đình trên thế giới đều được cung cấp bởi AC. Dòng một chiều thường không được sử dụng cho các mục đích này do mất nhiều năng lượng hơn so với AC, rủi ro gây hỏa hoạn cũng như chi phí đều cao hơn. Dòng một chiều còn tồn tại các vấn đề về chuyển đổi điện áp cao và dòng điện thấp thành điện áp thấp và dòng điện cao bằng cách sử dụng máy biến áp. 

Các tác dụng của dòng điện xoay chiều
Các tác dụng của dòng điện xoay chiều

AC cũng là dòng điện phổ biến hơn khi cung cấp năng lượng cho động cơ điện, một thiết bị chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học. Một số thiết bị gia dụng mà chúng tôi sử dụng phụ thuộc vào điều này, nhưng không giới hạn ở: tủ lạnh, máy rửa bát, máy xử lý rác và máy nướng,… 

Đây là cách dòng điện xoay chiều đến với chúng ta trong cuộc sống hàng ngày. Ngoài công dụng gần gũi với đời thường đó ra thì hiện nay AC cũng đang được vận hành và được áp dụng nhiều trong các lĩnh vực:  

  • Tín hiệu âm thanh và radio đi qua dây dẫn điện, đối với sử dụng công nghiệp thì tiêu chuẩn của điện áp xoay chiều là 415V.
  • Máy bay, tàu vũ trụ, hàng hải, quân sự và các ứng dụng sử dụng dòng điện xoay chiều 400Hz. Lĩnh vực này là những ứng dụng nhạy cảm và cần thiết bị nhẹ và tốc độ động cơ cao hơn.
  • Áp dụng cho việc phân phối điện: Dòng điện xoay chiều dễ tạo ra và thích hợp cho việc phân phối điện. Điều này là do AC có thể dễ dàng chuyển đổi từ mức điện áp cao hơn sang mức điện áp thấp hơn. Nói cách khác, điện áp xoay chiều có thể dễ dàng tăng hoặc giảm đến mức điện áp cần thiết nên có thể dùng để phân phối điện cho các khu vực khác nhau.

Dây điện được sử dụng cho dòng điện xoay chiều

Phần lớn các lưới điện là dành cho AC nên tất cả các máy phát điện xoay chiều đều được kết nối với lưới điện phải được đồng bộ hóa với nhau. Các tác dụng của dòng điện xoay chiều và thiết bị sử dụng chúng thường có 3 loại dây:

  • Một dây nóng truyền dòng điện.
  • Dây trung tính tạo đường dẫn trở lại cho dòng điện trong dây nóng. Nó cũng có một kết nối với trái đất.
  • Dây thứ ba là dây nối đất cũng có kết nối với trái đất. Dây có kết nối với phần kim loại của thiết bị. Nó đảm bảo rằng an toàn điện và loại bỏ các nguy cơ điện giật.

Tuy nhiên, hầu hết các thiết bị điện tử mà chúng ta sử dụng đều nhận dòng điện xoay chiều và biến đổi nó thành dòng điện một chiều. Điều này là do hầu hết các thiết bị như điện thoại thông minh và máy tính xách tay đều chạy bằng pin sử dụng dòng điện một chiều. Do đó, dòng điện AC có thể gián tiếp làm hỏng pin và cả thiết bị.

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

Sự khác biệt giữa đong điện một chiều và dòng điện xoay chiều là rất lớn. Trong khi dòng điện xoay chiều giao động theo cả hai chiều thì ngược lại, dòng một chiều chỉ đi theo một hướng trong một khoảng thời gian. Điều này diễn ra do cơ chế tạo ra dòng điện xoay chiều là một cuộn dây quay giữa hai nam châm. 

Dòng điện xoay chiều và dòng điện một chiều
Dòng điện xoay chiều và dòng điện một chiều

Trong AC, khi cuộn dây quay, hướng của các electron chạy qua cuộn dây thay đổi tùy thuộc vào vị trí của nó đối với các cực do các vòng trượt được kết nối với cuộn dây. Tuy nhiên, trong quá trình sản xuất điện một chiều thì,các vòng phân chia được kết nối với cuộn dây sẽ thay đổi các tiếp điểm giữa cuộn dây và dây dẫn của mạch, dẫn đến dòng điện chỉ chạy theo một hướng.

Hơn nữa, tần số của dòng điện một chiều bằng 0, trong khi tần số của dòng điện xoay chiều cung cấp cho nhà của chúng ta là từ 50 đến 60Hz. Ngoài ra, do dòng điện đổi chiều trong AC nên nó được mô tả bằng chuyển động hình sin do đó điện áp thay đổi; còn loại một chiều sẽ có điện áp và dòng điện đều không biến đổi.

Không dừng ở đó, máy xoay chiều còn có những ưu điểm nổi trội hơn so với dòng một chiều, như sau: 

  • Máy sản xuất điện xoay chiều có thể dễ dàng được điều tăng giảm bậc thang thông qua máy biến áp.
  • Kích thước liên kết truyền dẫn trong máy phát điện xoay chiều mỏng hơn do tính năng nâng cấp.
  • Tổn thất trong máy phát điện xoay chiều tương đối ít hơn so với máy điện một chiều.
  • Kích thước của máy phát điện xoay chiều nhỏ hơn máy phát điện một chiều.

Lời kết

Qua bài viết, bạn đã biết được là trong loại dòng điện xoay chiều thì các điện tử sẽ chạy với cường độ trong một khoảng thời gian đều đặn và đảo ngược hướng để tạo nên dòng. Năng lượng của điện xoay chiều được cung cấp cho những tòa nhà lớn, nhà dân và nhiều nơi khác nữa. Các tác dụng của dòng điện xoay chiều cũng vô cùng linh động. Về cách hình thành AC thì nó rất dễ để sản xuất, nhưng thông thường thì phổ biến nhất là sử dụng máy phát điện cơ. Hy vọng những thông tin ở trên sẽ giúp ích cho bạn trong quá trình tìm hiểu về vật lý, hãy theo dõi website của chúng tôi nếu muốn xem thêm nhiều kiến thức bổ ích xoay quanh chủ đề.

Xem thêm bài viết: Axit là gì

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

Liên hệ ngay

Liên hệ
"