Dòng điện xoay chiều là dòng điện có cường độ và chiều thay đổi theo thời gian theo chu kỳ nhất định. Nó được tạo ra từ các máy phát điện xoay chiều hoặc biến đổi từ nguồn điện một chiều. Nhiều thiết bị gia dụng quen thuộc như máy giặt, tủ lạnh, máy lạnh… đều hoạt động nhờ dòng điện xoay chiều. Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về dòng điện xoay chiều, cách tạo ra nó, ứng dụng và sự khác biệt so với dòng điện một chiều.
Cách tạo ra dòng điện xoay chiều
Có hai cách chính để tạo ra dòng điện xoay chiều:
-
Cho nam châm quay quanh một cuộn dây dẫn kín: Khi nam châm quay, từ trường biến thiên làm xuất hiện dòng điện cảm ứng xoay chiều trong cuộn dây. Đây là nguyên lý hoạt động của hầu hết các máy phát điện xoay chiều.
-
Cho cuộn dây dẫn kín quay quanh một nam châm: Phương pháp này cũng tạo ra dòng điện cảm ứng xoay chiều do sự biến thiên từ thông qua cuộn dây khi nó quay trong từ trường của nam châm. Mạch điện xoay chiều ba pha gồm nhiều cuộn dây được bố trí hợp lý để tạo ra dòng điện ba pha.
Cách tạo ra dòng điện xoay chiều
Ký hiệu dòng điện xoay chiều
Trong kỹ thuật điện, dòng điện xoay chiều được ký hiệu là AC (viết tắt của Alternating Current). Biểu tượng thường dùng là một đường cong hình sin (~), thể hiện dạng sóng của dòng điện này.
Ký hiệu dòng điện xoay chiều
Tác dụng của dòng điện xoay chiều
Giống như dòng điện một chiều, dòng điện xoay chiều có các tác dụng nhiệt, phát sáng và tác dụng từ. Tuy nhiên, khác biệt chính nằm ở lực tác dụng lên nam châm, lực này thay đổi chiều khi dòng điện đổi chiều.
Tác dụng nhiệt
Đây là tác dụng quan trọng nhất của dòng điện xoay chiều. Bóng đèn dây tóc là một ví dụ điển hình, nhiệt lượng tỏa ra làm nóng dây tóc đến mức phát sáng. Bàn ủi, lò sưởi điện cũng là những ứng dụng khác của tác dụng nhiệt này.
Tác dụng nhiệt của dòng điện xoay chiều
Tác dụng quang
Các loại bóng đèn phát sáng như bóng đèn huỳnh quang, bóng đèn dây tóc, đèn LED… đều tận dụng tác dụng quang của dòng điện xoay chiều.
Tác dụng quang của dòng điện xoay chiều
Tác dụng từ
Khi đặt một kim nam châm gần cuộn dây dẫn có dòng điện xoay chiều chạy qua, ta sẽ quan sát thấy tác dụng từ. Khi dòng điện đổi chiều, tác dụng từ của cuộn dây lên nam châm cũng thay đổi theo.
Tác dụng từ của dòng điện xoay chiều
Công suất dòng điện xoay chiều và cách tính
Công suất dòng điện xoay chiều phụ thuộc vào ba đại lượng: cường độ dòng điện (I), điện áp (U) và độ lệch pha (α) giữa điện áp và cường độ dòng điện. Công thức tính công suất là:
P = U.I.cosα
Trong đó:
- P: Công suất dòng điện xoay chiều (W)
- U: Điện áp (V)
- I: Cường độ dòng điện (A)
- α: Góc lệch pha giữa điện áp và cường độ dòng điện.
Cách tính chu kỳ và tần số của dòng điện xoay chiều
Chu kỳ (T) và tần số (f) của dòng điện xoay chiều có mối quan hệ nghịch đảo:
f = 1/T
Trong đó:
- T: Chu kỳ dòng điện xoay chiều (s), thời gian để dòng điện trở lại trạng thái ban đầu.
- f: Tần số dòng điện xoay chiều (Hz), số chu kỳ dòng điện lặp lại trong một giây.
Sự khác nhau giữa dòng điện xoay chiều và một chiều
Dòng điện một chiều có cường độ và chiều không đổi theo thời gian. Dòng điện xoay chiều và dòng điện một chiều có những điểm khác biệt chính sau:
- Nguồn tạo ra: Dòng điện xoay chiều được tạo ra từ máy phát điện xoay chiều, có thể truyền tải đi xa dễ dàng, cung cấp điện năng cho các khu vực xa xôi. Dòng điện một chiều được tạo ra từ ắc quy, pin hoặc năng lượng mặt trời, khó truyền tải xa do hao phí năng lượng lớn.
- Chiều dòng điện: Dòng điện một chiều luôn chảy theo một hướng cố định, tần số bằng 0. Dòng điện xoay chiều có chiều thay đổi theo chu kỳ, với tần số tiêu chuẩn là 50 Hz hoặc 60 Hz.
- Dạng sóng: Dòng điện xoay chiều có thể có dạng sóng sin, tam giác, vuông… trong khi dòng điện một chiều có dạng đường thẳng.
Dòng điện xoay chiều và dòng điện một chiều
Điểm khác nhau giữa dòng điện xoay chiều một pha và ba pha
-
Dòng điện xoay chiều một pha: Có hai dây nối, chiều và cường độ dòng điện thay đổi theo tần số của nguồn điện. Trong sinh hoạt, thường là 220V với hai dây: dây pha và dây trung tính.
-
Dòng điện xoay chiều ba pha: Gần giống 3 đường điện một pha chạy song song, cùng một dây trung tính. Hệ thống điện sinh hoạt thường có 4 dây: 1 dây trung tính (0V) và 3 dây nóng.
Ứng dụng của dòng điện xoay chiều trong đời sống
Dòng điện xoay chiều được ứng dụng rộng rãi trong đời sống, từ gia đình đến công nghiệp. Nó được sử dụng trong hầu hết các thiết bị điện gia dụng như: máy giặt, tủ lạnh, máy lạnh, đồng hồ so, … Ưu điểm chính là khả năng truyền tải điện năng đi xa với hiệu suất cao nhờ điện áp cao và tổn hao năng lượng ít hơn. Thanh chắn cầu thang cũng là một ví dụ về ứng dụng dòng điện xoay chiều trong các hệ thống an toàn.