Trong vật lý có một khái niệm là cảm kháng. Tuy nhiên, có rất nhiều người còn chưa rõ về vấn đề này và những kiến thức liên quan tới nó. Tìm hiểu về cảm kháng sẽ giúp cho chúng ta giải quyết được những bài tập có dòng điện.

1. Cảm kháng trong Vật lý là gì?

Trong vật lý, cảm kháng hay còn gọi là điện cảm kháng là một khái niệm dùng để mô tả khả năng của một mạch điện xoay chiều trong việc chống lại dòng điện. Cảm kháng được biểu diễn bằng đơn vị Ohm và đường được ký hiệu là XI.

Cảm kháng phụ thuộc vào tần số của dòng điện xoay chiều và các thông số của mạch điện. Bao gồm cản và điện trở các linh kiện điện tử như cuộn dây tụ điện đều có cảm kháng. Khi một dòng điện xoay chiều chạy qua một linh kiện có cảm kháng, nó sẽ gặp phải sự chống cự của linh kiện đó và giảm điện áp của dòng điện C.

2. Cuộn cảm là gì?

Cuộn cảm là một thành phần điện tử được tạo thành từ một sợi dây dẫn dài được xoắn quanh một trục. Cuộn cảm thường được tạo ra từ một số lượng lớn vòng dây được gọi là số vòng và các vòng này được xoắn quanh một trục để tạo thành một cuộn. Cuộn cảm thường được sử dụng để lưu trữ năng lượng điện trong một mạch điện và nó cũng có thể được sử dụng để tạo ra một từ trường mạch hoặc tạo ra một từ trường biến đổi. Các cuộn cảm có thể được làm từ nhiều loại dây dẫn khác nhau bao gồm đồng, nhôm, vàng, bạc và một số kim loại khác. Cuộn cảm có thể có giá trị khác nhau của đường kính dây, số vòng và kích thước tổng thể. Tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể của chúng, các cuộn cảm thường được sử dụng trong các mạch điện như mạch tín hiệu mạch nguồn và các mạch điều khiển. Chúng cũng được sử dụng trong các thiết bị điện tử như radio, TV, các thiết bị đo lường và nhiều thiết bị khác.

3. Cấu tạo của cuộn cảm

Cuộn cảm gồm một số vòng dây cuộn lại thành nhiều vòng dây cuộn được sơn đen cách điện lõi. Cuộn dây có thể là không khí hoặc là vật liệu dẫn từ hay lõi thép kỹ thuật.

4. Nguyên lý hoạt động của cuộn cảm

Khi ta có cuộn cảm, nếu cho dòng điện một chiều chạy qua dòng điện sẽ sinh ra một từ trường B có cường độ và chiều không đổi ứng với chiều và cường độ của dòng điện và dòng điện có tần số bằng 0. Cuộn dây hoạt động như một điện trở, có điện trở kháng gần bằng 0. Ngược lại, khi cho dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn cảm nó sẽ sinh ra từ trường biến thiên vào một trường điện trường E. Điện trường này biến thiên nhưng luôn vuông góc với từ trường. Cảm kháng của cuộn từ lệ thuộc vào tần số của dòng xoay chiều. Cuộn cảm có đặc tính lọc nhiễu tốt cho các mạch, mạch nguồn có lẫn tạp ở nhiều các tần số khác nhau. Tùy thuộc vào đặc tính cụ thể của từng cuộn cảm giúp ổn định dòng ứng dụng trong các mạch lọc tần số. Một dòng điện qua bất kỳ dây nào sẽ tạo ra một từ trường. Cuộn cảm là một dây có hình dạng để từ trường sẽ mạnh hơn nhiều. Lý do một cuộn cảm hoạt động theo cách của nó là vì từ trường này, lĩnh vực này thực hiện một số công cụ vật lý ma thuật chống lại dòng điện xoay chiều.

5. Cảm kháng của cuộn cảm cho ta biết điều gì?

Cảm kháng của một cuộn cảm cho ta biết khả năng của nó trong việc chống lại sự thay đổi dòng điện đi qua. Cụ thể, cảm kháng của một cuộn cảm sẽ ngăn chặn sự thay đổi nhanh của dòng điện, nhưng cho phép dòng điện xoay chiều thông qua nó. Cảm kháng của cuộn cảm phụ thuộc vào tỷ lệ giữa số vòng cuộn và diện tích tiết diện của dây cột cũng như tần số của dòng điện xoay chiều. Khi dòng điện xoay chiều đi qua một cuộn cảm, nó sẽ tạo ra một trường từ xung quanh cuộn cảm và kích thích các electron trong cuộn cảm. Điều này sẽ tạo ra một trở kháng chống lại sự thay đổi dòng điện được gọi là cảm kháng. Cảm kháng sẽ làm giảm hiệu quả dòng điện trong mạch, nhưng nó cũng có thể được sử dụng để tạo ra các bộ lọc và mạch điều chỉnh tần số trong các thiết bị điện tử.

6. Ứng dụng của cảm kháng trong Vật Lý

Cảm kháng là một trong những yếu tố quan trọng ở thiết kế mạch điện và có thể được sử dụng để điều chỉnh độ lớn và pha của dòng điện trong mạch. Một số ứng dụng của cảm kháng trong vật lý bao gồm:

1. Bộ lọc cảm kháng được sử dụng để tạo ra các bộ lọc điện dùng để loại bỏ tín hiệu không mong muốn và giữ lại tín hiệu mong muốn. Các bộ lọc này thường được sử dụng các thiết bị âm thanh, máy ảnh, các mạch điều khiển và các thiết bị điện tử khác.

2. Mạch điều chỉnh tần số cảm kháng được sử dụng để điều chỉnh tần số của các tín hiệu điện tử. Khi dòng điện xoay chiều đi qua một cuộn cảm, nó sẽ tạo ra một cảm kháng có thể được sử dụng để giảm hoặc tăng tần số của tín hiệu.

3. Máy biến áp cảm kháng được sử dụng trong các máy biến áp để giảm điện áp và tăng dòng điện, máy biến áp được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau bao gồm các nguồn điện, các hệ thống điện tử, các thiết bị điện gia dụng và nhiều hệ thống điện khác.

4. Máy phát điện xoay chiều cảm kháng được sử dụng để điều chỉnh tần số của dòng điện trong các máy phát điện xoay chiều, các máy phát điện này thường được sử dụng trong các nhà máy điện, các hệ thống phát điện độc lập và các thiết bị điện khác.

5. Các thiết bị điện tử cảm kháng được sử dụng trong nhiều loại thiết bị điện tử khác nhau bao gồm: trong các tài liệu điện tử, các bộ định tuyến, các Bộ tách mạch, các bộ chuyển đổi điện áp và nhiều thiết bị điện tử khác.

7. Bài tập vận dụng

Câu 1: Cảm kháng của cuộn cảm cho ta biết điều gì?

A. Cho biết mức độ cản trở dòng điện một chiều của cuộn cảm

B. Cho biết mức độ cản trở dòng điện xoay chiều của cuộn cảm

C. Cho biết khả năng tích lũy năng lượng điện trường của cuộn cảm

D. Cho biết khả năng tích lũy năng lượng từ trường của cuộn cảm.

Đáp án đúng A

Cảm kháng của cuộn cảm sẽ cho ta biết về mức độ cản trở dòng điện một chiều của cuộn cảm. Cảm kháng là một trong những đặc tính nằm trong mạch xoay chiều có chức năng chống lại sự thay đổi của dòng điện. Cảm kháng của cuộn dây phụ thuộc dựa vào tần số của điện áp đặt vào thủy điện kháng sẽ tỉ lệ thuận với tần số.

Câu 2: Trong một đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện thì điện áp ở hai đầu mạch ?

A. Sớm pha 0,5 so với cường độ dòng điện

B. Sớm pha 0.25 so với cường độ dòng điện

C. Trễ pha 0,5 so với cường độ dòng điện

D. Cùng pha với cường độ dòng điện

Lưu ý trong mạch điện chỉ chứa tụ điện thì điện áp trễ pha so với cường độ dòng điện trong mạch

Đáp án đúng C

Câu 3: Trên đoạn mạch xoay chiều tần số 50Hz chỉ có điện trở thuần:

A. Pha của cường độ dòng điện bằng 0

B. Cường độ dòng điện trong mỗi giây có 200 lần đạt độ lớn bằng một nửa giá trị cực đại

C. Cường độ dòng điện tức thời không tỉ lệ với Điện áp tức thời

D. Cường độ dòng điện hiệu dụng có giá trị bằng một nửa cường độ dòng điện cực đại

Đáp án B

Câu 4: Tác dụng cản trở dòng điện của cuộn cảm đối với dòng điện xoay chiều đúng với trường hợp nào nêu dưới đây?

A. Đối với dòng điện có tần số càng lớn thì tác dụng cản trở càng lớn

B. Đối với dòng điện có tần số càng lớn thì tác dụng cản trở càng nhỏ

C. Cuộn cảm có độ tự cảm càng nhỏ thì tác dụng cản trở càng lớn

D. Tác dụng cản trở dòng điện không phụ thuộc vào tần số của dòng điện

Đáp án C