Bài giảng Vật lí 12 - Dòng điện xoay chiều

Nội dung text: Bài giảng Vật lí 12 - Dòng điện xoay chiều

1. CHUYÊN ĐỀ III. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU I. Lý thuyết. 1. Cường độ dòng điện xoay chiều. - Định nghĩa: Dòng điện xoay chiều là dòng điện có cường độ biến thiên tuần hoàn với thời gian theo hàm sin hay cosin. - Biểu thức: i=+ I0cos( t i ) - Trong đó: + i: giá trị tức thời của dòng điện xoay chiều (A) +I0 > 0: giá trị cực đại của dòng điện xoay chiều (A) +  , : là các hằng số. +  > 0 tần số góc (rad/s), f = /2 ; T= 2 / + (  t + i ) : pha tại thời điểm t (rad) + i : Pha ban đầu (rad)
2. CHUYÊN ĐỀ III. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU I. Lý thuyết. 2. Điện áp xoay chiều. + Biểu thức: u=+ U0 cos( tu )( V ) + u: giá trị điện áp xoay chiều tức thời (V) + U0 > 0: giá trị điện áp cực đại (V). +  > 0: tần số góc (rad/s). + (  t + u ) : pha tại thời điểm t(rad) + u : Pha ban đầu(rad)
3. CHUYÊN ĐỀ III. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU I. Lý thuyết. 3. Từ thông gửi qua 1 vòng dây của khung dây máy phát điện . + Biểu thức:  = BScos(t + ) = 0cos(t + ) Với: 0 = BS là từ thông cực đại qua 1 vòng dây(Wb) B: là cảm ứng từ của từ trường(T) S: là diện tích của vòng dây (m2) + Nguyên tắc hoạt động: Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.
4. CHUYÊN ĐỀ III. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU I. Lý thuyết. 4. Giá trị hiệu dụng. I - Cường độ dòng điện hiệu dụng: I = 0 2 U - Điện áp hiệu dụng: U = 0 2 E - Suất điện động hiệu dụng: E = 0 2 giá tri cuc đai - Tổng quát: Giá tri hiêu dung = 2
5. CHUYÊN ĐỀ III. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU I. Lý thuyết. 5. Suất điện động trong khung. d - Biểu thức: e= − N = NBSsin(  t + ) = E sin(  t + ) dt 0 - Với: + Eo = NBS =N0: Giá trị cực đại của suất điện động (V) + N: Số vòng dây ( Vòng) + B,S là các đại lượng không đổi.
6. CHUYÊN ĐỀ III. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU I. Lý thuyết. 6. Các loại đoạn mạch: Các loại đoạn mạch Tổng R 1 ZL=  2 2 2 2 L ZC = R + Z R + Z Z − Z trở C L C L C Z Z tan 0 + - tan = L tan =− C R R Độ u u u trễ u sớm u trễ u lệch lệch cùng sớm pha i pha pha hơn pha i góc pha u pha pha i /2 hơn i; i; mạch và i với i /2 mạch có tính 2 =+ =− có tính dung uR= i uiL uiC 2 2 cảm kháng kháng
7. Biểu UR UL UC 22 22 UUU=+ UUU=+ UUULC=− L C thức RL R L RC R C U Định U U R L U U LC I = I = UC U RL RC I = luật R Z I = I = I = L Z Z ZLC Ôm ZC RL RC Hệ số công R R cos = 1 cos = 0 cos = 0 cos = cos = cos = 0 suất ZRL ZRC Công P= UIcos 0 0 0 suất = RI 2 U 2 P = R R
8. Các loại đoạn R L mạch A C B Tổng trở 22 ZRZZ= +()()LC −  tan ZZ− hay UU− tan = LC tan = LC R U R Độ lệch pha u và u lệch pha i góc (với− ) 2 2 i Biểu thức U 2 2 hay 2 2 UUUU0= 0RLC +( 0 − 0 ) UUUU=RLC +( − ) Định luật Ôm U Hay U0 I = I0 = Z Z Hệ số R U U cos = =R = 0R công suất ZUU0 U 2 Công suất P = UIcos = RI2 hay P = R R
9. CHUYÊN ĐỀ III. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU I. Lý thuyết. 7. Độ lệch pha giữa u và i. Biểu thức: =− ui + Nếu ZL > ZC: thì 0 , mạch có tính cảm kháng, u nhanh pha hơn i góc + Nếu ZL < ZC: thì 0 , mạch có tính dung kháng, u chậm pha hơn i góc + Nếu ZL = ZC: thì = 0 , u cùng pha I khi đó mạch xảy ra cộng hưởng U điện: II== max R
10. CHUYÊN ĐỀ III. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU I. Lý thuyết. 8. Máy phát điện xoay chiều một pha: - Tần số dòng điện do máy phát điện xoay chiều một pha: f= n.p, trong đó: n (vòng/giây) p: số cặp cực của rôto n.p f = , trong đó: n (vòng/phút) 60
11. CHUYÊN ĐỀ III. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU I. Lý thuyết. 9. Máy Biến áp UN - Liên hệ về điện áp: 11= UN22 Trong đó: N1, U1: số vòng dây và điện áp cuộn sơ cấp N2, U2 : số vòng dây và điện áp cuộn thứ cấp - Liên hệ về công suất P2 U 2 .I 2 .cosφ 2 + Hiệu suất của máy: H == .100% => P2 = H.P1 P1 U 1 .I 1 (H%: hiệu suất máy biến thế) UNI + Nếu H = 100% (máy biến áp lý tưởng) thì: 1== 1 2 UNI2 2 1
12. CHUYÊN ĐỀ III. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU II. Bài tập minh họa. Bài 1. Cho mạch điện xoay chiều với dòng điện có cường độ: i=+2 2 cos() 100 t ( A) . 2 1. Xác định cường độ dòng điện cực đại I0, hiệu dụng I của dòng điện trên. 2. Xác định pha và pha ban đầu của dòng điện. 3. Tìm tần số góc, chu kỳ, tần số của dòng điện.
13. Hướng dẫn 1. Xác định cường độ dòng điện cực đại I0, hiệu dụng I của dòng điện trên. i=+ I0 cos( ti ) ( A). i=+2 2 cos() 100 t ( A) . 2 * Cường độ cực đại: IA0 = 22( ) I 22 * Cường độ hiệu dụng: IA=0 = = 2( ) 22 2. Xác định pha và pha ban đầu của dòng điện. * Pha: (100 t+ ) ( rad ) 2 * Pha ban đầu: (rad ) 2
14. Hướng dẫn 3. Tìm tần số góc, chu kỳ, tần số của dòng điện. i=+ I0 cos( ti ) ( A). i=+2 2 cos() 100 t ( A) . 2 * Tần số góc:  =100(rad / s) 22 *Chu kỳ: Ts= = = 0,02( )  100 11  100 * Tần số: f = = = 50 ( Hz ) hoặc f= = = 50( Hz) T 0,02 22
15. CHUYÊN ĐỀ III. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU II. Bài tập minh họa. Bài 2: Cho mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở thuần R=100, điện áp tức thời hai đầu điện trở là u= 80 cos 100 t ( V ) . 1. Xác định giá trị cực đại U0, giá trị hiệu dụng U của điện áp. 2. Xác định pha và pha ban đầu của điện áp. 3. Tìm tần số góc, chu kỳ, tần số của điện áp. 4. Tìm cường độ dòng điện hiệu dụng, cực đại qua mạch, pha ban đầu của dòng điện. 5. Viết biểu thức tức thời dòng điện trong mạch.
16. Hướng dẫn 1. Xác định giá trị cực đại U0, giá trị hiệu dụng U của điện áp. u=+ U0 cos( tu ) ( V ). u= 80 cos 100 t ( V ) . U0 80 * UV = 80 ( ) * UV===40 2 ( ) 0 22 2. Xác định pha và pha ban đầu của điện áp. * 100 t ( rad ) . * u = 0(rad )
17. Hướng dẫn 3. Tìm tần số góc, chu kỳ, tần số của điện áp. u=+ U0 cos( tu ) ( V ). u= 80 cos 100 t ( V ) . * Tần số góc:  =100(rad / s) 22 * Chu kỳ: Ts= = = 0,02( )  100 11  100 * Tần số: f = = = 50 ( Hz ) hoặc f= = = 50( Hz) T 0,02 22
18. Hướng dẫn 4. Tìm cường độ dòng điện hiệu dụng, cực đại qua mạch, pha ban đầu của dòng điện. u=+ U0 cos( tu ) ( V ). u= 80 cos 100 t ( V ) . U 40 2 2 2 * IA= = = 0,57( ) R 100 5 22 * Hoặc U0 80 IIA0 =2 = . 2 = 0,8( ) IA= = = 0,8( ) 5 0 R 100 * iu==0 5. Viết biểu thức tức thời dòng điện trong mạch. * i= I0 cos( t+ i )= 0,8 cos (100 t) ( A).
19. CHUYÊN ĐỀ III. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU II. Bài tập minh họa. 10−4 Bài 3: Cho mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện, có điện dung CF= , điện áp tức thời hai bản tụ điện là u= 200 cos 100 t ( V ) . 1. Tìm dung kháng tụ điện . 2. Viết biểu thức tức thời dòng điện trong mạch.
20. Hướng dẫn 1. Tìm dung kháng tụ điện: u= 200 cos 100 t ( V ) . 11 Z = = =100( ) * C C 10−4 100 2. Viết biểu thức tức thời dòng điện trong mạch. U0 200 * IA0 = = = 2( ) ZC 100 = + =0 + = (rad ) * iu2 2 2 * i= I cos( t++ )= 2 cos (100 t ) ( A). 0 i 2
21. CHUYÊN ĐỀ III. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU II. Bài tập minh họa. Bài 4: Cho mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn dây thuần cảm, độ tự 1 cảm cuộn dây LH = ( ) ,dòng điện trong mạch là i=−2 cos 100 t ( A) . 2 1. Tìm cảm kháng của cuộn cảm. 2. Viết biểu thức điện áp hai đầu mạch.
22. Hướng dẫn 1. Tìm dung kháng tụ điện: i=−2 cos 100 t ( A) . 2 1 ZL= =100 = 100( ) * L 2. Viết biểu thức tức thời dòng điện trong mạch. * UIZV00=.C = 2.100 = 200( ) = + = − + = 0(rad ) * ui2 2 2 * u= U0 cos( t+ u )= 200 cos (100 t) ( V ).
23. CHUYÊN ĐỀ III. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU II. Bài tập minh họa. Bài 5: Cho mạch điện RLC mắc nối tiếp có điện trở R = 50, cuộn dây 1 10−4 thuần cảm LH = , tụ điện có điện dung CF = . Đặt vào hai đầu 2 đoạn mạch một điện áp xoay chiều: u=−200 cos( 100 t) ( V ). 4 1. Tính cảm kháng của cuộn cảm, dung kháng của tụ điện. 2. Tính tổng trở của mạch điện. 3. Tìm cường độ dòng điện hiệu dụng, cực đại trong mạch.
24. Hướng dẫn 1. Tính cảm kháng của cuộn cảm, dung kháng của tụ điện. u=−200 cos( 100 t) ( V ). 4 1 11 ZL= =100 = 50  Z = = =100( ) * L ( ) * C C 10−4 2 100 2. Tính tổng trở của mạch điện. 2222 * ZRZZ= +( LC −) =50 +( 50 − 100) = 50 2 ( ) 3. Tìm cường độ dòng điện hiệu dụng, cực đại trong mạch. * U 100 2 IA= = = 2( ) Z 50 2 U0 200 * IIA 0 == 2 2 2 ( ) hoặc IA= = = 22( ) 0 Z 50 2
25. CHUYÊN ĐỀ III. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU II. Bài tập minh họa. Bài 6: Một máy biến áp cuộn sơ cấp có 400 vòng, được mắc vào mạng điện 220V. Để lấy ra điện áp 12V thì số vòng dây của cuộn thứ cấp phải là bao nhiêu? Hướng dẫn * Cuộn sơ cấp * Cuộn thứ cấp N = 400 vòng 1 N2 = ? UV= 220 1 UV2 =12 UNU 12.400 * 1 1 2 (vòng) = N21 = .N = 21,8 U2 N 2 U 1 220
26. Câu 1.Trong các đại lượng đặc trưng cho dòng điện xoay chiều sau đây, đại lượng có dùng giá trị hiệu dụng là A. điện áp. B. chu kì. C. tần số. D. công suất. Câu 2. Trong các đại lượng đặc trưng cho dòng điện xoay chiều sau đây, đại lượng không dùng giá trị hiệu dụng là A. điện áp. B. cường độ dòng điện. C. suất điện động. D. công suất. Câu 3. Dòng điện xoay chiều hình sin là dòng điện A. Có chiều thay đổi liên tục. B. Có trị số biến thiên tuần hoàn theo thời gian. C. Có cường độ biến đổi điều hòa theo thời gian. D. Tạo ra từ trường biến thiên tuần hoàn. Câu 4. Cường độ của một dòng điện xoay chiều có biểu thức i= 2 2cos(100 t + )( mA) . Dòng điện này có giá trị hiệu dụng là 4 A. 2 2(A ) B. 100 (A ) C. 2(A ) D. 2(A )
27. Câu 5. Điện áp xoay chiều có biểu thức u=−200cos(100 t ) ( V ) . Pha 3 của điện áp tại thời điểm t là A. rad B. − rad C. (100 t+ ) rad D. (100 t− ) rad 3 3 3 3 Câu 6. Cường độ của một dòng điện xoay chiều có biểu thức i=+4 2 cos(100 t ) ( A ). Pha ban đầu của dòng điện bằng 3 A. B. − rad C. (100 t− ) rad D. rad 3 3 3 Câu 7. Cường độ của một dòng điện xoay chiều có biểu thức . Dòng điện này có giá trị cực đại là 4 A. 4(A ) B. ()A C. 8(A ) D. 4 2 (A ) 2 Câu 8. Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều dựa trên A. hiện tượng cảm ứng điện từ. B. hiện tượng quang điện. C. hiện tượng tự cảm. D. hiện tượng tạo ra từ trường quay.
28. Hướng dẫn HS tự học ở nhà: →Xem lại các bài tập vừa giải. →Học kĩ bài, chuẩn bị thi học kì II. Làm các bài tập thầy đã giao.