Lý 12 Bài 12: Đại cương về dòng điện xoay chiều

Ở lớp 9 và lớp 11, chúng ta đã được giới thiệu sơ qua về dòng điện một chiều. Các em có bao giờ thắc mắc về dòng điện xoay chiều chưa? Bài học hôm nay eLib sẽ giúp các em hình dung được thế nào là dòng điện xoay chiều. Hi vọng bài học này sẽ giúp ích cho các em trong việc học tập bám sát bài học trên lớp.

Lý 12 Bài 12: Đại cương về dòng điện xoay chiều

1. Tóm tắt lý thuyết

1.1. Khái niệm về dòng điện xoay chiều

- Dòng điện xoay chiều là dòng điện có cường độ biến thiên tuần hoàn với thời gian theo quy luật của hàm số sin hay cosin, với dạng tổng quát: \(i=I_0cos(\omega t+\varphi )\)

Trong đó:

  • \(i\): giá trị của  cđdđ tại thời điểm t, (cường độ tức thời).

  • \(I_0\) > 0: giá trị cực đại (cường độ cực đại).

  • \(\omega\) > 0: tần số góc (rad/s) 

- \(\omega =2\pi f=\frac{2\pi }{T}\)

  • \(f:\) tần số (Hz), T: chu kì (s)

  • \((\omega t+\varphi )\) pha của i (rad)

  • \(\varphi\) pha ban đầu (rad)

1.2. Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều 

a. Nguyên tắc

Khi cho một khung dây quay đều trong từ trường đều thì trong khung dây xuất  hiện suất điện động cảm ứng xoay chiều. Nếu nối hai đầu khung dây với một mạch ngoài kín thì trong mạch ngoài có dòng điện xoay chiều.

b. Khảo sát lý thuyết

  •  Xét một cuộn dây dẫn dẹt hình tròn, khép kín, quay quanh trục cố định đồng phẳng với cuộn dây đặt trong từ trường đều \(\underset{B}{\rightarrow}\) có phương vuông góc với trục quay.

  • Giả sử lúc t = 0, \(\alpha\) = 0

  • Lúc \(t> 0\rightarrow \alpha =\omega t\) , từ thông qua cuộn dây: \(\phi =NBScos\alpha =NBScos\omega t\).

  • Vì \(\phi\) biến thiên theo thời gian t nên trong cuộn dây xuất hiện suất điện động cảm ứng: \(e=-\frac{d\phi }{dt}=NBS\omega sin\omega t\)

  • Nếu cuộn dây kín có điện trở R thì cường độ dòng điện cảm ứng cho bởi: 

1.3. Giá trị hiệu dụng

a. Cường độ hiệu dụng I

- Cho dòng điện xoay chiều:

 \(i=I_0cos(\omega t+\varphi )\)  chạy qua điện trở R

- Công suất tức thời tiêu thụ trong R:  \(p=Ri^2=R.I_{0}^{2}.cos^{2}(\omega t+\varphi )\)

- Giá trị trung bình của p trong một chu kì là công suất trung bình:     

\(P=p=RI_{0}^{2}cos^2\omega t\)

⇔  \(P=p=\frac{1}{2}RI_{0}^{2}\)

 Đặt:  \(I=\frac{I_0}{\sqrt{2}}\); \(P=RI^2\)

  • \(I\): là giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện xoay chiều (cường độ hiệu dụng).

  • \(I_0\): cường độ cực đại.

- Định nghĩa: Cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều là đại lượng có giá trị bằng cường độ của một dòng điện không đổi, sao cho khi đi qua cùng một điện trở R thì công suất tiêu thụ trong R bởi 2 dòng điện đó là như nhau.

b. Hiệu điện thế, suất điện động hiệu dụng

\(U=\frac{U_0}{\sqrt{2}}; I=\frac{I_0}{\sqrt{2}}\)

c. Chú ý

  •  Số liệu ghi trên các thiết bị điện đều là các giá trị hiệu dụng.

  •  Các thiết bị đo đối với mạch điện xoay chiều đo giá trị hiệu dụng.

2. Bài tập minh họa

2.1. Dạng 1: Xác định giá trị của điện trở để đèn sáng bình thường

Một đèn điện có ghi 110 V – 100 W mắc nối tiếp với điện trở R vào một mạch xoay chiều có \(u = 220\sqrt{2}sin100 \omega t (V)\). Để đèn sáng bình thường, R phải có giá trị là bao nhiêu ?

A.  \(\small 1210 \Omega\)

B. \(\frac{10}{11} \small \Omega\)

C.  \(\small 121 \Omega\)

D.  \(\small 110 \Omega\)

Hướng dẫn giải

Ta thấy điện áp sử dụng lớn hơn điện áp định mức của đèn, nên phải mắc thêm một điện trở nối tiếp với đèn.

Để đảm bảo đèn sang bình thường thì cường độ qua đèn phải bằng với cường độ dòng điện định mức:  

\(I = \frac{P}{{{U_d}}} = \frac{{100}}{{110}} = 0,9A.\)

Điện trở của toàn mạch là: 

\({R_m} = \frac{U}{I} = \frac{{220}}{{0,9}} = 242\Omega .\)

Điện trở của đèn là: 

\({R_d} = \frac{{U_d^2}}{P} = \frac{{{{110}^2}}}{{100}} = 121\Omega \)

Vậy phải mắc thêm một điện trở R0 nối tiếp với đèn: 

\(R_0=R_m-R_d=121\Omega\) 

⇒ Chọn đáp án C

2.2. Dạng 2: Tìm tần số góc của dòng điện

Điện áp tức thời giữa hai đầu của đoạn mạch xoay chiều là: \(\small U = 80cos100 \pi t (V)\)

Tần số góc của dòng điện là bao nhiêu?

A. 100 \(\small \pi\) rad/s

B. 100 rad/s

C. 50 rad/s

D. 100 \(\small \pi\) rad/s

Hướng dẫn giải

Dựa vào phương trình \(\small U = 80cos100 \pi t (V)\)

Tần số góc của dòng điện là 100 \(\small \pi\) rad/s 

⇒ Chọn đáp án A

3. Luyện tập

3.1. Bài tập tự luận

Câu 1: Một bạn cắm hai que đo của một vôn kế xoay chiều vào ổ cắm điện trong phòng thí nghiệm, thấy vôn kế chỉ 220 V. Ý nghĩa của con số đó là gì?

Câu 2: Biểu thức cường độ dòng điện trong đoạn mạch xoay chiều là i = 2cos100πt (A). Tần số của dòng điện là bao nhiêu?

Câu 3: Cường độ dòng điện tức thời chạy qua một đoạn mạch xoay chiều là i = 2sin(100πt) A. Tại thời điểm t1 nào đó, dòng điện đang giảm và có cường độ bằng 1A. Đến thời điểm t = t1 + 0,005 s, cường độ dòng điện bằng bao nhiêu?

Câu 4: Khi đặt điện áp có biểu thức u = U0.cos(ωt - π/3) V vào hai đầu một đoạn mạch thì cường độ dòng điện chạy trong mạch đó có biểu thức i = I0cos(ωt - π/6) A. Hệ số công suất của mạch là bao nhiêu?

3.2. Bài tập trắc nghiệm

Câu 1: Kết luận đúng khi so sánh chu kì biến đổi T1 của công suất tỏa nhiệt tức thời của dòng điện xoay chiều với chu kì biển đổi Tcủa dòng điện đó là:

A. T= 2T1      B. T2 > T1

C. T< T1          D. T= T1

Câu 2: Điện áp hai đầu một đoạn mạch có biểu thức u = 60cos120πt (V). Trong 1 s, số lần điện áp u có độ lớn bằng 30 V là:

A. 30 lần       B. 120 lần

C. 240 lần      D. 60 lần

Câu 3: Số chỉ của ampe kế khi mắc nối tiếp vào đoạn mạch điện xoay chiều cho ta biết giá trị cường độ dòng điện:

A. cực đại.      B. hiệu dụng.

C. trung bình.      D. tức thời.

Câu 4: Biểu thức cường độ dòng điện trong đoạn mạch xoay chiều là i = 2cos100πt (A). Tần số của dòng điện là bao nhiêu?

A. rad/s.      B. 100 Hz.

C. rad/s.      D. 50 Hz.

3.3. Trắc nghiệm Online

Các em hãy luyện tập bài trắc nghiệm Đại cương về dòng điện xoay chiều Vật lý 12 sau để nắm rõ thêm kiến thức bài học.

Trắc Nghiệm

4. Kết luận

Qua bài này, các em sẽ được làm quen với các kiến thức liên quan đến Đại cương mạch điện xoay chiều với nhiều cấp độ từ dễ đến khó… các em cần phải nắm được: 

  • Nắm được khái niệm và nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều

  • Biết được giá trị hiệu dụng và các công thức liên quan đến giá trị hiệu dụng, vận dụng và hoàn thành tốt bài tập.

Ngày:13/08/2020 Chia sẻ bởi:

CÓ THỂ BẠN QUAN TÂM