Giáo trình Cơ sở kỹ thuật điện – vô tuyến điện - Nghề: Điều khiển tàu biển
CỤC HÀNG HẢI VIỆT NAM
TRƯỜNG CAO ĐĂNG HÀNG HẢI I
GIÁO TRÌNH
MÔN HỌC: CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN
– VÔ TUYẾN ĐIỆN
NGHỀ: ĐIỀU KHIỂN TÀU BIỂN
TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP THCS
(Ban hành kèm theo Quyết định số: ngày .....tháng......năm....của Hiệu trưởng
trường Cao đẳng Hàng hải I )
Hải Phòng, năm 201
1
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại giáo trình lưu hành nội bộ nên các nguồn thông tin có
thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và
tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh
thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
2
LỜI GIỚI THIỆU
Giáo trình Cơ sở kỹ thuật điện - vô tuyến điện được biên soạn theo đề
cương chi tiết môn học “Cơ sở kỹ thuật điện - cơ sở vô tuyến điện ” dùng cho
hệ Trung cấp nghề Điều khiển tàu biển Trường Cao đẳng Hàng hải I.
Giáo trình này được dùng làm tài liệu giảng dạy cho giảng viên và học
tập của sinh viên Điều khiển tàu biển.
Khi biên soạn giáo trình, chúng tôi đã cố gắng cập nhật những kiến thức
mới có liên quan đến môn học phù hợp với đối tượng sử dụng cũng như cố
gắng gắn những nội dung lý thuyết với những vấn đề thực tế để giáo trình có
tính thực tiễn cao.
Nội dung của giáo trình được biên soạn với dung lượng 02 chương
tương đương với 45 giờ.
Trong quá trình biên soạn, chúng tôi đã nhận được sự giúp đỡ của hội
đồng Sư phạm Trường Cao đẳng Hàng hải I trong việc hiệu đính và đóng góp
thêm nhiều ý kiến cho nội dung giáo trình.
Mặc dù đã cố gắng nhưng chắc chắn không tránh khỏi hết khiếm khuyết.
Rất mong nhận được ý kiến đóng góp của người sử dụng. Mọi góp ý xin được
gửi về địa chỉ: Khoa Điện - Điện tử; Trường Cao đẳng Hàng hải I; 498 Đà
Nẵng - Hải An - Hải Phòng.
Hải Phòng, ngày tháng năm 201
Tham gia biên soạn
Chủ biên: Ths.Nguyễn Thị Ngọc Hà
3
MỤC LỤC
TT
1
Trang
Lời giới thiệu
Mục lục
3
4
5
6
2
3
Danh mục chữ viết tắt
Danh mục hình vẽ
Nội dung
4
5
Chương 1: Cơ sở kỹ thuật điện
Chương 2: Cơ sở vô tuyến điện
Tài liệu tham khảo
10
44
86
6
4
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt
STT Kí hiệu
1.
2.
3.
4.
5.
6.
A
AC
B
C
D
Anode
Alternating current
Base
Collector
Diode
Cực A nốt
Dòng điện xoay chiều
Cực gốc
Cực góp
Đi ốt bán dẫn
Dòng điện một chiều
Bóng bán dẫn
(Transistor)
DC
Direct Current
7.
BJT
Bipolar Junction Transistor
8.
9.
10.
11.
12.
TRIAC Triode Alternative Current
Van bán dẫn xoay chiều
Điện áp
Chất bán dẫn loại n (-)
Chất bán dẫn loại p (+)
Cực phát
V
n
Voltage
Negative
Positive
Emitter
p
E
5
DANH MỤC HÌNH VẼ
STT Tên hình vẽ
Trang
10
1
Hình 1. 1. Đặc tính hút vật nhẹ của vật nhiễm điện.
2
Hình 1. 2. Tác dụng giữa các điện tích
11
11
12
14
15
16
17
18
19
21
22
3
Hình 1. 3. Điện nghiệm đơn giản
4
Hình 1. 4. Lực tương tác giữa hai điện tích điểm
Hình 1. 5. Lực điện trường và vecto cường độ điện trường
Hình 1. 6. Đường sức điện trường
5
6
7
Hình 1. 7. Đường sức điện trường của
8
Hình 1. 8. Công của lực điện trường
9
Hình 1. 9. Công của lực trọng trường và thế của trọng trường
Hình1. 10. Khái niệm về điện thế và điện áp
Hình 1. 11. Điện trường đều trong một tụ điện phẳng
10
11
12
Hình 1. 12. Mặt đẳng thế của điện tích điểm (a) và của điện
trường đều (b)
13
14
Hình 1. 13. Tụ điện phẳng
23
Hình 1.14. Thanh nam châm tác dụng lên kim nam châm
Hình 1.15. Tác dụng của dòng điện lên kim nam châm
Hình 1.16. Đường sức từ
24
25
15
16
25
26
Hình1.17. Xác định chiều đường sức từ trường của dây dẫn
thẳng mang dòng điện
17
18
19
20
21
Hình 1.18. Từ trường của dòng điện trong vòng dây
Hình 1.19 Từ trường của dòng điện trong ống dây
Hình 1.20. Đường sức từ trường
27
27
28
30
Hình 1.21. Từ thông
Hình 1.22. Lực tác dụng của từ trường lên dây dẫn mang dòng 31
điện (a) Và qui tắc bàn tay trái (b)
22
Hình 1.23. Lực điện từ khi dây dẫn không vuông góc với
31
6
đường sức từ.
23
Hình 1.24. Công của lực điện từ
32
24
25
Hình 1.25. Lực tác dụng giữa dây dẫn mang dòng điện
Hình 1.26. Định luật cảm ứng điện từ
33
33
26
Hình1.27. Chiều dòng điện cảm ứng
34
27
28
29
30
31
32
33
34
35
Hình 2.1: Cấu tạo của tụ điện
49
50
55
57
58
59
63
66
67
Hình 2.2 Minh hoạ về tính chất phóng nạp của tụ điện.
Hình 2.3 Mạch dao động đa hài sử dụng 2 Transistor
Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của Rơ le nhiệt
Hình 2.5 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Rơ le
Hình 2.6 Biến áp nguồn ,Biến áp nguồn hình xuyến
Hình 2.7: Sơ đồ tổng quát của mạch khuếch đại.
Hình 2.8 Bộ khuếch đại thuật toán
Hình 2.9: Khuếch đại vi sai trên transistor lưỡng cực
36
37
38
Hình 2.10: Tín hiệu hình sin
69
69
Hình 2.11: Tín hiệu hình vuông
Hình 2.12: Các dạng xung cơ bản của các mạch điện được thiết 69
kế
39
40
41
Hình 2.13: Các thông số cơ bản của xung
Hình 2.14: Cách gọi tên các cạnh xung.
69
70
71
Hình 2.15: Xung vuông trên màn hình máy hiện song
42
43
44
Hình 2.16: Giá trị đỉnh xung
71
72
Hình 2.17: Các dạng xung dương và xung âm
Hình 2.18: Chuỗi xung liên tục (a) và chuỗi xung gián đoạn (b) 72
4. Nguồn vô tuyến
7
45
46
47
48
Hình 2.19 Sơ đồ cấu trúc chung mạch chỉnh lưu
Hình 2.20. Chỉnh lưu một pha nửa chu kỳ không điều khiển
Hình 2.21. Đồ thị thời gian
73
75
75
76
Hình 2.22. a) Sơ đồ chỉnh lưu hình tia; b) Đồ thị thời gian điện
áp chỉnh lưu
49
77
Hình 2.23 a) Mạch CL tia có hoàn năng lượng; b)Dạng sóng
hoàn năng lượng
50
51
77
78
Hình 2.24. a) Sơ đồ CL tia với tải R - E; b) Đồ thị thời gian
Hình 2.25 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu một pha nửa chu
kỳ có điều khiển
52
79
80
Hình 2.26. Đồ thị điện áp
Hình 2.27. Chỉnh lưu cầu một pha
53
54
Hình 2.28 Sơ đồ nguyên lý cầu 6 diode
81
82
5Hình 2.29 Sơ đồ nạp điện ác quy bằng nguồn xoay chiều
55
56
Hình 2.30 Sơ đồ nguyên lý máy phát điện một chiều nạp điện
cho ắc quy
83
8
GIÁO TRÌNH MÔN HỌC
Môn học: Cơ sở kỹ thuật điện - vô tuyến điện
Mã môn học: MH 12.
Vị trí tính chất, của môn học:
- Vị trí:
Cơ sở kỹ thuật điện - vô tuyến điện là môn cơ sở ngành Điều khiển tàu
biển.
Môn học có thể bố trí trước hoặc sau các môn cơ sở khác trước các mô đun
nghề.
- Tính chất:
Môn học cung cấp kiến thức cơ bản về mạch điện, vô tuyến điện làm cơ sở
cho việc học môđun nghề.
Mục tiêu của môn học:
- Về kiến thức:
+ Trình bày được các đại lượng của dòng điện, các tính chất, các đặc
điểm của phần tử trong nguồn điện.
+ Giải thích được nguyên lý hoạt động của đồng hồ vạn năng.
+ Nhận biết được các linh kiện (điện trở, tụ điện, cầu chì, điốt,
transitor...).
+ Giải thích được mạch khuếch đại, mạch tách sóng.
+ Giải thích được mạch tạo dao động hình Sin, không Sin.
- Về kỹ năng:
+ Sử dụng được đồng hồ vạn năng đo (U, A, R).
+ Xácđịnh đượcchiều củađườngsứctừ, lựcđiệntừ, sứcđiệnđộngcảmứng.
+ Phân biệt được điện thế- hiệu điện thế.
+ Đo và kiểm tra được nguồn điện.
+ Bảo quản được ắc quy.
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Nghiêm túc, chủ động và tích cực sáng tạo trong học tập ;
+ Có ý thức vận dụng kiến thức vào thực tế.
9
Nội dung của môn học:
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN
MH.
Giới thiệu:
Nội dung của chương này trình bày cho người học các kiến thức cơ bản
về kỹ thuật điện như điện tích, điện trường, các đại lượng của dòng điện, các
tính chất, các đặc điểm của phần tử trong nguồn điện. Giải thích được nguyên
lý hoạt động của đồng hồ vạn năng.
Mục tiêu:
- Trình bày được khái niệm về điện tích, điện trường, từ trường, đường sức
từ trường. Phân biệt được điện thế- hiệu điện thế.Giải thích được nguyên lý
hoạt động của đồng hồ vạn năng
- Xác định được chiều của đường sức từ, lực điện từ, sức điện động cảm
ứng.Sử dụng được đồng hồ vạn năng.
- Tích cực, chủ động và sáng tạo trong học tập.
Nội dung chính:
1. Hiện tượng nhiễm điện
1.1. Sự nhiễm điện
Khi đem thước nhựa cọ sát vào vải
dạ hay lông thú sẽ xuất hiện đặc tính là
hút được các vật nhẹ như long chim,
giấy vụn, v.v… Ta gọi hiện tượng đó là
điện.
Ngoài nhựa ra, còn rất nhiều chất
khác như hổ phách, thuỷ tinh, lưu
huỳnh…. Xát vào một vật khác cũng
có đặc tính “điện”, tức là hút được các
vật nhẹ (hình 1.1). Người ta gọi hiện
Hình 1. 14. Đặc tính hút vật nhẹ của
vật nhiễm điện.
tượng đó là sự nhiễm điện. Vật xuất
hiện đặc tính “điện” gọi là vật nhiễm
điện. Sự nhiễm điện do cọ xát 2 vật gọi
là nhiễm điện do ma sát.
Một vật chưa nhiễm điện, nếu cho tiếp xúc với vật đã nhiễm điện thì cũng
xuất hiện đặc tính “điện” (hút được các vật nhẹ). Ta gọi hiện tượng đó là nhiễm
10
điện do tiếp xúc.Khi vật đã nhiễm điện, tức ở trong vật đã có điện và đã xuất
hiện điện tích.
1.2. Hai loại điện tích
Thực nghiệm chứng tỏ rằng các vật nhiễm điện (tức các điện tích) sẽ tác
dụng lên nhau các lực đẩy hoặc hút nhau. Ta gọi là lực tĩnh điện.
Giả sử có hai quả cầu bấc nhỏ treo
gần nhau. Đầu tiên ta truyền cho cả
hai quả cầu điện tích từ một đũa
thuỷ tinh nhiễm điện. Lực tĩnh điện
sẽ đẩy hai quả cầu ra xa (hình 1.2
a). Sau đó, ta truyền cho một quả
cầu bằng điện tích của đũa thuỷ
tinh nhiễm điện, quả cầu kia bằng
điện tích của một thanh ê-bô-nít
nhiễm điện, thì thấy hai quả cầu
hút nhau (hình 1.2b)
a)
b)
Hình 1. 15. Tác dụng giữa các điện tích
a. Đẩy nhau; b. Hút nhau
Bằng nhiều thí nghiệm khác nhau, người ta luôn luôn thấy chỉ có hai loại
điện tích. Lực tĩnh điện giữa hai điện tích cùng loại là lực đẩy, giữa hai điện
tích khác loại là lực hút. Người ta qui ước một loại điện tích là điện tích dương
(như điện tích của đũa thuỷ tinh xát vào lụa), loại kia là điện tích âm (như điện
tích của thanh ê-bô-nít, cao su, nhựa …. Xát vào lông thú).
Điện tích dương ký hiệu bằng dấu cộng (+)
Điện tích âm ký hiệu bằng dấu trừ (-)
Điện nghiệm.
Để nhận biết những vật nhiễm
điện người ta chế tạo ra điện
nghiệm. Điện nghiệm đơn giản
(hình 1.3) gồm một lọ thuỷ tinh
nút kín, có cắm một thanh kim
loại. Một đầu thanh treo hail á
kim loại mỏng nhẹ, đầu kia là một
quả cầu kim loại. Khi cho vật
nhiễm điện tiếp xúc với quả cầu,
điện tích truyền xuống hai lá
Hình 1. 16. Điện nghiệm đơn giản
11
mỏng, làm chúng tích điện cùng
dấu, đẩy nhau ra xa. Tuỳ theo góc
giữa các lá mỏng, lớn hay nhỏ, ta
biết được vậy nhiễm điện mạnh
hay yếu.
2. Định luật Cu-Lông
2.1. Lượng điện tích (Điện lượng)
Một trong các đặc tính cơ bản của điện tích là chúng tương tác lẫn nhau
(hút hay đẩy). Lực tương tác giữa các điện tích gọi là lực tĩnh điện. Vật nhiễm
điện càng mạnh, tức số điện tích tự do chứa trong vật càng nhiều, thì lực tương
tác với các điện tích khác càng lớn. Như vậy, lượng điện tích chứa trong vật
nhiễm điện là một đại lượng đặc trưng cho khả năng tương tác lực của vật
nhiễm điện. Ta gọi đại lượng đó là điện lượng ( lượng điện tích), hay vắn tắt
hơn, gọi là điện tích của vật nhiễm điện, ký hiệu là q. Đơn vị của điện tích là
Culông ( viết tắt là C).
2.2. Định luật Cu-Lông
Để xác định lực tĩnh điện, năm 1784, nhà bác học Pháp là Culông đã tìm ra
định luật mang tên ông. Định luật Culông phát biểu như sau (hình 1.4).
1. Lực tương tác giữa hai
điện tích tỷ lệ với độ lớn hai
điện tích, tỷ lệ nghịch với
bình phương khoảng cách
giữa hai điện tích và phụ
thuộc vào môi trường đặt các
điện tích.
2. Phương của lực tĩnh điện
giữa hai điện tích là đường
nối hai tâm điện tích. Hai
điện tích hút nhau nếu chúng
Hình 1. 17. Lực tương tác giữa hai điện tích
khác dấu và đẩy nhau nếu
điểm
chúng cùng dấu.
Hình a. Cùng dấu; Hình b. Khác dấu
Biểu thức định luật Culông
F = k q q N.m2/C2 (1.1)
1
2
2
d
Trong đó: F- Lực tĩnh điện, N
12
q1q2 – trị số các điện tích, C (culông)
d- khoảng cách giữa hai điện tích, m
k- hệ số tỷ lệ, phụ thuộc vào hệ đơn vị và bản chất môi trường
9 N.m2/C2
1
9.10
k =
=
4πεε
ε
0
Trong đó: 훆- hằng số điện môi tương đối của môi trường
훆ퟎ- hằng số điện môi tuyệt đối của chân không
훆ퟎ = 8,86. 10 −ퟏퟐ C2/N.m2
Chất
Hằng số điện môi
Chân không
Không khí
Paraphin
Giấy
1
1,0006
2
2
Ê- bô- nit
Hổ phách
Nước
4
12,8
81
Nhận xét: Từ biểu thức (1.1) ta thấy lực tĩnh điện tỷ lệ nghịch với hằng
số điện môi (tương đối) 훆. Môi trường có 훆 càng lớn thì lực tương tác giữa các
điện tích càng nhỏ. Chẳng hạn, nếu lực tương tác giữa hai điên tích trong
퐅
không khí là F thì trong paraphin là 퐅 (giảm 2 lần), trong nước là (giảm 81
ퟐ
ퟖퟏ
lần) (nếu trị số điện tích và khoảng cách giữa chúng không đổi). Hằng số điện
môi cho biết lực tĩnh điên giữa các điện tích đặt trong điện môi có cường độ
nhỏ hơn lực tĩnh điện của các điện tích đặt trong chân không bao nhiêu lần.
2.3. Đơn vị điện tích
Trong biểu thức định luật Culông, nếu cho q1= q2= 1C; d= 1m; 훆 = ퟏ,
thì F= 9. 109 Niutơn. Từ đó có định nghĩa đơn vị Culông (C) như sau: Culông
là điện tích của một điện tích điển hình khi đặt trong chân không (훆 = ퟏ) cách
một điện tích điểm bằng khoảng 1m thì sẽ tác dụng lên điện tích điểm này một
lực 9. 109N.
Thực tế một Culông là một điện tích khá lớn, điện tích của điện tử là e = -1,6. 10-
19C.
13
3. Điện trường
3.1. Khái niệm về điện trường
Điện trường là một dạng vật chất đặc biệt, có tính chất đặc trưng là tồn
tại tác dụng lực tĩnh điện. Điện trường gắn liền với điện tích và mỗi điện tích
đều tạo ra một điện trường xung quanh nó: khi bỏ điện tích tạo ra điện trường đi
thì điện trường cũng mất.
3.2. Cường độ của điện trường
Giả sử ta có quả cầu điện tích +Q,
taoj ra một điện trường xung quanh nó.
Đặt một điện tích thử q vào điện trường
+Q nó sẽ chịu tác dụng một lực xác định
theo định luật Culông (hình 1.5).
Ở đây, d là khoảng cách từ điện tích
thử q đến điện tích Q. Nếu Q vàd là
không đổi thì lực F tỷ lệ với q.
Hình 1. 18. Lực điện trường và
vecto cường độ điện trường
퐅
퐪
퐐
= 퐤 퐝 (1. 2)
ퟐ
Nghĩa là: Nếu điện tich thử càng lớn thì lực F do điện trường tác dụng
lên nó cũng càng lớn, nhưng tỷ số giữa cường độ lực điện trường với điện tích
thử luôn là hằng số tại mỗi điểm. Tỷ số này đặc trưng cho tác dụng lực của
điện trường tại mỗi điểm, được gọi là cường độ điện trường tại điểm đó, ký
hiệu là 퐄.
Định nghĩa: Cường độ điện trường tại mỗi điểm bằng tỷ số giữa lực tác dụng
lên một điện tích thử đặt tại điểm đó, với độ lớn của điện tích thử:
퐅
퐄 = (1.3)
퐪
Cường độ điện trường là một vecto. Vecto cường độ điện trường xác
định như sau (hình 1.5):
- Phương và chiều trùng với phương và chiều của lực điện trường tác
dụng lên điện tích thử dương tại điểm xét.
Cường độ xác định theo (1.3).
Để chỉ một đại lượng vecto, người ta dung ký hiệu chấm trên đầu ký
̇
̇
hiệu, chẳng hạn 퐄 là vecto cường độ điện trường, 퐅 là vecto lực v.v….
14
̇
̇
Biết 퐄 và 퐅 cùng phương và chiều, nên nếu q = +1C thì 퐄 = 퐅, tức là hai
̇
̇
vecto 퓔 và 퐅 trùng nhau (cùng phương chiều, cường độ bằng nhau). Do đó vecto
cường độ điện trường tại một điểm chính là vecto tác dụng lên một điện tích thử
dương đặt tại điểm đó, có điện tích là 1 Culông.
Từ định nghĩa (1-3), cho F=1N, q= 1C thì 퐄 = ퟏđơn vị cường độ điện
trường, gọi là vol trên mét (V/m). Vol trên mét là cường độ điện trường tại một
điểm khi đặt vào đó điện tích 1C, sẽ xuất hiện 1 lực tác dụng là 1 Niuton
1V/m = 1N/C
3.3. Đường sức điện trường
Đường sức điện trường là đường mà
tiếp tuyến với nó tại mỗi điểm trùng
với phương của véc- tơ cường độ
điện trường tại điểm đó. Chiều của
đường sức là chiều của cường độ
véc-tơ điên trường
Đặc điểm của đường sức điện
trường.
Hình 1. 19. Đường sức điện trường
- Điện trường tồn tại trong không
gian quanh điện tích, nên bất kỳ
điểm nào trong trường cũng có
đường sức điện trường đi qua.
- Tại mỗi điểm, cường độ của trường chỉ có một giá trị và một hướng
nhất định, nên không thể vẽ được quá một đường sức qua điểm đó. Như vậy,
các đường sức không cắt nhau ở điểm nào trong trường.
- Theo định nghĩa chiều đường sức là chiều của lực tác dụng lên điện
tích thử dương, nên đường sức xuất phát từ điện tích dương và đi đến điện tích
âm. Đó là những đường cong không kín.
- Độ mau thưa của đường sức biểu thị độ lớn của cường độ điện trường.
- Bên trong vật dẫn tích điện, điện trường bằng không nên không có
đường sức.
Hình 1.7 là hình ảnh đường sức điện trường của một số điện tích thông
thường. Ta thấy điện trường của điện tích cầu dương là các đường kính ly tâm
(hình 1.7 a), của điên tích cầu âm là các đường kính hướng tâm. Dường sức
điện trường của các điện tích nói chung là các đường cong (hình 1.7 c và d).
15
Trường hợp đặc biệt, đường sức điện trường giữa hai bản phẳng tích điện (
chẳng hạn giữa hai bản cực của tụ điện phẳng) là các đường thẳng song song
cách đều nhau (hình 1.7 e). Đó là điên trường đều.
3.4. Điện trường đều
Định nghĩa: Điện trường đều là điện trường mà cường độ tại mọi điểm
đều có cùng trị số và hướng. Đường sức của điện trường đều là các đường
thẳng song song cách đều nhau.
Hình 1. 20. Đường sức điện trường của
a. Hình cầu tích điện dương;
b. Hình cầu tích điện âm;
c. Hai điện tích khác dấu; d. Hai điện tích cùng dấu;
e. Hai bản cực phẳng của một tụ điện
4. Điện thế- Hiệu điện thế- Điện áp
4.1. Công của lực điện trường
Điện tích thử q đặt tại điểm A Nếu hướng chuyển động trùng với
trong điện trường đều (hình 1.8) sẽ xuất lực F thì công của lực điện trường
hiện lực F tác dụng lên nó làm cho q là;
chuyển dịch từ bản cực dương về bản
cực âm.
A= Fd = qEd
(1.5)
(Đường AB trên hình 1.8.a)
16
F = qE
(1.4)
Nếu điện tích q chuyển động lệch
với lực F 1 góc ∝ (đường AC trên
hình1.8.a), thì công của lực điện
trường là:
A = F. AC cos∝
Trong tam giác vuông ABC, ta có
AB = AC cos ∝ = d, từ đó:
A = F. AC. cos ∝ = F.d = qEd
- Công trên cả quãng đường AEB
A= A1 + A2 = Fd1 + Fd2 = F (d1 +d2)
=
= FD = qEd
Nếu điện tích q di chuyển theo
đường gãy khúc AEB, ta sẽ phân
quãng đường đi làm hai đoạn:
Hình 1. 21. Công của lực điện trường
- Công trên đoạn AE
a. Công chuyển dịch điện tích trong điện
A1 = F. AE. cos ∝ퟏ = Fd1
- Công trên đoạn EB:
A2 = F. EB. cos ∝ퟐ = Fd2
b. Công của trọng lực
trường
Như vậy ta thấy trong điện trường đều, công của lực điện trường không phụ
thuộc dạng đường đi. Điều đó cũng đúng với điện trường bất kỳ và ta có kết
quả sau:
Công của lực điện trường làm dịch chuyển một điện tích từ điểm này
đến điểm khác trong trường không phụ thuộc dạng đường đi, mà chỉ phụ thuộc
vào vị trí điểm đầu và điểm cuối của quãng đường đi.
Ngoài ra, ta chú ý rằng, công của lực điện trường tỷ lệ với lực điện
trường F, tỷ lệ với trị số điện tích q và cường độ của điện trường.
Liên hệ với công của lực trọng trường (hình 1.8.b) ta thấy có những
điểm tương tự: vật nặng P rơi từ điểm A có độ cao h xuống mặt đất, có thể rơi
17
theo đường thẳng đứng AB, theo mặt phẳng nghiêng AC, theo mặt phẳng cong
AD bất kỳ, nhưng công thực hiện luôn luôn bằng nhau và bằng:
A = Ph = mgh
(1-6)
Trong đó:
- P: Trọng lực (lực trọng trường)
- m: khối lượng vật nặng
- g: gia tốc rơi tự do
Trường hợp chung, công do vật nặng P
rơi từ điểm A có độ cao h1 ( so với mặt
đất) xuống điểm B có độ cao là h2 (hình
1.9) sẽ là:
Hình 1. 22. Công của lực trọng
trường và thế của trọng trường
A =Ph = P (h1 – h2) =Ph1 – Ph2 = A1 –
A2(1-7)
Trong đó:
- A1: Công do vật nặng rơi từ A xuống
mặt đất
- A2: Công do vật nặng rơi từ B xuống
mặt đất.
Vật P càng nặng thì công A càng lớn, nhưng tỷ số công A với khối
lượng m sẽ không phụ thuộc vật nặng, mà chỉ phụ thuộc vị trí của vật nặng so
với mặt đất:
퐀ퟏ
= 퐠퐡ퟏ
퐦
퐀ퟐ
= 퐠퐡ퟐ
퐦
Rõ ràng, các tỷ số này đặc trưng cho khả năng sinh công của lực trọng
trường ở từng vị trí A hoặc B trong trường, được gọi là thế của trọng trường.
Tương tự như vậy, tỷ số giữa công A của lực điện trường với trị số điện
tích q sẽ đặc trưng cho khả năng sinh công của lực điện trường tại từng điểm,
và gọi là thế của điện trường hay điện thế.
18
Hình1. 23. Khái niệm về điện thế và điện áp
4.2. Điện thế
Để xác định thế của trọng trường, ta lấy đất làm mốc, tức nếu trọng vật
nằm trên mặt đất, ta coi thế của nó bằng không (gh = 0, tức h = 0).
Để xác định thế của điện trường, ta lấy điểm làm mốc là điểm ở xa vô
cùng, tại đó E = 0, nên lực điện trường F = 0. Công dịch chuyển một điện tích
q từ điểm A trong trường ( hình 1.10) đến vô cùng, ký hiệu là A∞ sẽ phụ thuộc
vào các yếu tố sau:
- Trị số độ lớn của diện tích q
- Vị trí của điểm A.
Tỷ số 퐀∞ chỉ t=phụ thuộc vào vị trí điểm A, sẽ đặc trưng cho khả năng
퐪
sinh công của điện trường tại điểm A, gọi là điện thế của trường tại A ký hiệu
là 훗.
Định nghĩa: Điện thế của điện trường tại một điểm là tỷ số giữa công dịch
chuyển điện tích dương từ điểm đó đến vô cùng, với trị số của điện tích:
퐀∞
훗 =
(1-8)
퐪
Ý nghĩa: Từ (1-8), cho q =+1 thì 훗 = 퐀∞. Vậy điện thế của một điểm
tại trường là công làm dịch chuyển một đơn vị điện tích dương từ điểm đó đến
điểm ở xa vô cùng.
4.3. Hiệu điện thế, điện áp
a. Khái niệm
Giả sư ta cần tính công của lực điện trường khi di chuyển điện tích q từ
điểm B đến điểm C trong trường (hình 1. 10). Trước hết, ta tính công di
chuyển điện tích q từ B ra vô cùng (theo 1-8):
A1 = φBq
19
Công di chuyển q từ C ra vô cùng:
A2 = φCq
Như vậy, công di chuyển q từ B đến C chính là hiệu công di chuyển q từ
B ra vô cùng với công di chuyển q từ C ra vô cùng (vì công không phụ thuộc
dạng đường đi, liên hệ công thức 1-7):
ABC = A1 − A2 = q(φB − φC)
Lượng φB − φC gọi là hiệu điện thế hay điện áp giữa hai điểm BC, ký hiệu là
U hoặc UBC:
UBC = φB − φC
Điện áp giữa hai điểm của trường là hiệu điện thế giữa hai điểm đó.
Thay vào trên ta có:
(1-10)
ABC = qUBC (1-11)
퐀
퐪
Hay: 퐔 =
(1- 12)
Do đó, ta có thể định nghĩa điện áp như sau:
Điện áp giữa hai điểm của trường là tỷ số giữa công thực hiện khi di
chuyển một điện tích dương từ điểm nọ đến điểm kia với trị số của điện tích.
b. Ý nghĩa
Trong công thức (1- 12), nếu q= 1 thì U = A vậy điện áp giữa hai điểm
trong điện trường đo bằng công thực hiện khi di chuyển một đơn vị diện tích từ
điểm nọ đến điểm kia.
c. Đơn vị
Đơn vị điện áp đo bằng vôn (V)
1kV = 1000V= 103 V
1mV = 0,001V = 10-3V
1µV = 0,000001V = 10-6V
d. Quan hệ giữa điện áp và cường độ điện trường.
Trong điện trường đều (hình 1-12 b) ta có:
A = Fd = qEd
Gọi điện áp giữa hai điểm AB (đầu và cuối đoạn đường đi) là U, theo
định nghĩa về điện áp (công thức 1-12), ta có:
20
Tải về để xem bản đầy đủ
86 trang
26/03/2022
5500
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Cơ sở kỹ thuật điện – vô tuyến điện - Nghề: Điều khiển tàu biển", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_co_so_ky_thuat_dien_vo_tuyen_dien_nghe_dieu_khien.pdf
