Lựa chọn hệ thống bài tập, hướng dẫn giải và giải bài tập vật lý về dòng điện xoay chiều

- P = Pmax

 I 2 R  UI  U 2

: công suất tiêu thụ cực đại

Chủ đề 2: Sản xuất – Truyền tải điện năng

I. Máy phát điện:

1. Máy phát điện xoay chiều một pha:

 Nguyên tắc hoạt động của máy phát điện xoay chiều là dựa trên hiện tượng

cảm ứng điện từ và đều rcóurhai bộ phận chính là phần cảm và phần ứng.

 - Giả sử tại t = 0, ta có n, B 0 thì từ thông gửi qua mỗi vòng dây là:

1  BS cost  o cost ,

Với o là từ thông cực đại qua mỗi vòng dây của mát phát điện.

Suất điện động xoay chiều trong mỗi cuộn dây của máy phát điện là:

e  N d1   N

o sint  Eo

sint

Với

Eo   No  NBS

r ur

là suất điện động cực đại (V).

- Nếu tại t = 0, ta có n, B 

 e  Eo sin t   

thì

1  BS cost     o cost   

 Tần số dòng điện:

f  np ,

Với: n là tốc độ quay của rôto, đo bằng vòng/giây. p là số cặp cực = số nam châm.

2. Máy phát điện xoay chiều ba pha:

 Đối với máy phát ba pha, ba cuộn dây phần nhau 1200 trên một vòng tròn.

 Suất điện động trong ba cuộn dây của Stato:

e1  Eo cost

ứng giống nhau và đặt lệch

e  E cost  2 

2 o  3 

 

e  E cost  2 

3 o  3 

 

 Dòng điện xoay chiều ba pha là hệ thống ba dòng điện xoay chiều, gây bởi ba suất điện động xoay chiều có cùng tần số, cùng biên độ nhưng lệch pha

nhau từng đôi một góc

2 rad.

Nếu tải giống nhau đều là R thì dòng điện chạy qua các tải là:

i1  Io cost

i  I cos t  2 

2 o  3 

 

i  I cos t  2 

3 o  3 

 

 Có hai cách mắc mạch điện ba pha là mắc hình sao và mắc hình tam giác.

Công thức liên hệ giữa điện áp pha Up và điện áp dây Ud , dòng điện pha Ip và dòng điện dây Id như sau:

- Đối với mạng hình sao: Ud = 3 Up và Id = Ip.

- Đối với mạng hình tam giác: Ud = Up và Id = 3 Ip.

II. Động cơ không đồng bộ:

 Nguyên tắc hoạt động của động cơ

không đồng bộ

ba pha dựa trên hiện

tượng cảm ứng điện từ và tác dụng của từ trường quay.

 Công suất tiêu thụ của động cơ điện ba pha bằng công suất tiêu thụ của ba cuộn dây stato cộng lại: P = 3UIcos.

 Hiệu suất của động cơ được xác định bằng tỉ số giữa cộng suất cơ học Pi

mà động cơ sinh ra và công suất tiêu thụ P của động cơ:

H  Pi

 Công suất hao phí do tỏa nhiệt: P = 3I2R

Với R là điện trở thuần của mỗi cuộn dây trong stato.

III. Máy biến áp:

Máy biến áp (biến thế) là thiết bị hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi điện áp xoay chiều mà không làm thay đổi tần số của nó. Ta xét máy biến áp một pha:

 Hệ số biến áp:

k  U1

 N1

Với U1 , N1 : điện áp, số vòng dây của cuộn sơ cấp U2 , N2 : điện áp, số vòng dây của cuộn thứ cấp

Nếu k < 1 : máy biến áp là máy tăng áp k > 1 : máy biến áp là máy hạ áp.

 Công suất vào (sơ cấp):

 Công suất ra (thứ cấp) :

P1  U1I1 cos1  U1I1

P2  U2 I2 cos2  U2 I2

(xem cos1  1) (xem cos2  1)

 Nếu hiệu suất của biến áp là 100% thì:

P  P  U I  U I  I2  U1  N1  k

1 2 1 1 2 2

I1 U2 N2

 Gọi R điện trở đường dây, P là công suất truyền đi, U là điện áp ở nơi phát,

cos là hệ dây là:

số công suất của mạch điện thì công suất hao phí trên đường

P  RI 2  R

U cos 2

 Hiệu suất truyền tải là:

  P ' .100%  P P .100% < 1

P P

 Sự liên hệ giữa điện áp nơi đi và hiệu suất truyền tải điện năng:

1 

1  '

U 

B. HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI

I. BÀI TẬP ĐỊNH TÍNH.

1. Đề bài: Bài 1:

Giải thích tại sao khi có dòng điện đi từ A đến M thì cũng có dòng điện cùng

U IZ  UZC

C C

R  Z Z 

L C

cường độ đi từ N tới B? M N

Bài 2: u

Trong thí nghiệm như ở hình bên. Hãy dự

đoán độ sáng của đèn thay đổi như thế nào khi rút lõi sắt ra khỏi cuộn cảm. Giải thích.

Bài 3

Giải thích vì sao đoạn mạch xoay chiều gồm

cuộn thuần cảm L nối tiếp với tụ năng?

Bài 4

điện C trong thực tế

vẫn tiêu thụ

điện

Mạch xoay chiều R, L, C nối tiếp có phải là mạch dao động không? Vì sao?

Bài 5

Đối với máy biến áp hàn điện, cuộn dây thứ cấp có tiết diện lớn hơn cuộn sơ cấp, vì sao?

2. Hướng dẫn giải và giải: Bài 1:

Tiến trình hướng dẫn học sinh giải:

Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh
- Hãy so sánh giá trị điện tích trên hai	- Điện tích trên hai bản tụ điện
bản tụ điện.	luôn bằng nhau về độ lớn và trái
	dấu nhau.
- Nếu điện tích trên bản tụ M tăng	- Điện tích trên hai bản tụ điện
thì điện tích trên bản tụ điện N có	bằng nhau và trái dấu nên nếu điện
thay đổi không?	tích trên bản tụ điện M tăng bao
	nhiêu lần thì điện tích trên bản tụ
	điện N giảm bấy nhiêu lần.
- Như vậy, lượng điện tích chạy
trên dây nối A với M và trên dây nối
N với B bằng nhau. Do đó, cường	- Cường độ dòng điện chạy trên
độ dòng điện chạy trên hai dây nối	hai dây nối AM và NB bằng nhau.
này có mối quan hệ như thế nào?

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 161 trang tài liệu này.

Bài giải:

Điện tích trên hai bản tụ

luôn bằng nhau về độ

lớn và trái dấu nên trong

mỗi khoảng thời gian bất kì, điện tích bản tụ M tăng lên bao nhiêu thì điện tích bản tụ N lại giảm đi bấy nhiêu. Do đó, lượng điện tích chạy trên dây nối A với M và trên dây nối N với B bằng nhau, suy ra cường độ dòng điện chạy trên hai dây nối này bằng nhau.

Bài 2: Tiến trình hướng dẫn học sinh giải:

Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

- Ban đầu khi chưa rút lõi sắt, mắc A, B với nguồn điện xoay chiều thì có hiện tượng gì xảy ra?

- Khi rút lõi sắt ra khỏi cuộn dây, thì độ tự cảm của cuộn dây có thay đổi không?

- Độ tự cảm L thay đổi thì cường độ dòng điện trong mạch thay đổi như thế nào?

- Mắc A, B với nguồn điện xoay chiều thì bóng đèn Đ sẽ sáng.

- Vì lõi sắt sẽ tạo ra độ từ thẩm lớn nên khi rút lõi sắt ra khỏi cuộn dây thì độ tự cảm của cuộn dây sẽ giảm.

- L giảm  Z giảm  I  U tăng.

L ZL

Vì vậy độ sáng của bóng đèn tăng lên.

Bài giải:

Ban đầu khi chưa rút lõi sắt, do có dòng điện chạy qua bóng đèn nên bóng đèn sẽ sáng.

Khi rút lõi sắt ra khỏi cuộn dây thì độ sáng của bóng đèn tăng lên, bóng đèn sẽ sáng hơn so với lúc ban đầu.

Giải thích:

Khi rút lõi sắt ra khỏi cuộn dây, độ tự cảm L của cuộn dây giảm  ZL

giảm. Do U không thay đổi nên sẽ tăng lên.

Bài 3:

I  U

tăng. Vì vậy, độ sáng của bóng đèn

Tiến trình hướng dẫn học sinh giải:

Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh
- Trong thực tế mạch LC có tiêu thụ	- Thực tế trong cuộn dây có điện
điện năng hay không?	trở nên có sự tỏa nhiệt. Do đó
	mạch vẫn tiêu thụ điện năng.
Có 2 nguyên nhân:
- Nguyên nhân 1: Trong thực tế cuộn
dây vẫn có r nhỏ, dây nối có rd nên
có sự tỏa nhiệt. Do đó mạch vẫn
tiêu thụ điện năng.


+ Dòng điện chạy qua mạch L nối	+ Vì dòng điện chạy qua mạch L
tiếp C có chiều ổn định hay thay	nối tiếp C là dòng điện xoay chiều
đổi?	nên có chiều thay đổi theo thời
	gian.
- Khi dòng điện qua cuộn cảm L	- Dòng điện xoay chiều qua L biến
biến thiên liên tục sẽ dẫn đến kết	thiên liên tục làm từ trường biến
quả gì?	thiên  xuất hiện điện trường
	biến thiên  bức xạ ra sóng điện
- Vậy dòng điện xoay chiều chạy qua tụ điện có bức xạ ra sóng điện không? Giải thích?	từ. - Vì điện tích của C biến thiên làm điện trường biến thiên tạo ra từ trường biến thiên bức xạ ra sóng
- Rút ra kết luận gì?	điện từ. - Vì mạch điện xoay chiều L nối
	tiếp C tiêu thụ điện trong mạch để
	phát ra bức xạ sóng điện từ nên
	trong thực tế có tiêu thụ điện năng.

- Nguyên nhân 2:

Bài giải:

Có 2 nguyên nhân:

- Trong thực tế cuộn dây vẫn có r nhỏ, dây nối có rd nên có sự tỏa nhiệt.

- Dòng điện xoay chiều qua L tạo ra từ trường biến thiên làm xuất hiện điện trường biên thiên bức xạ ra sóng điện từ.

Điện tích của C biến thiên làm điện trường biến thiên tạo ra từ trường biến thiên bức xạ ra sóng điện từ.

Vậy mạch xoay chiều LC với L thuần cảm vẫn tiêu thụ điện năng.

Bài 4: Tiến trình hướng dẫn học sinh giải:

Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

- Thế nào là một mạch dao động ?

- Vậy mạch xoay chiều RLC nối tiếp có phải là mạch dao động không?

- Mạch dao động là một mạch điện kín gồm một tụ điện có điện dung C đã được tích điện, mắc nối tiếp với một cuộn cảm thuần có độ tự cảm L, có tần số góc riêng

  1 , có sự biến thiên điều

hòa của cường độ điện trường E

và cảm ứng từ B .

- Mạch RLC nối tiếp cũng có tần

- Chú ý: mạch xoay chiều RLC có tần số thấp (50Hz) nên năng lượng bé, mạch dao động kín, điện từ trường của nó vì vậy khó bức xạ và không truyền đi xa được.

số góc riêng   1 . Đặt hai

o LC

đầu đoạn mạch vào nguồn điện xoay chiều thì bị nguồn xoay chiều gây dao động cưỡng bức, tụ điện được tích điện rồi lại phóng điện nên E biến thiên làm B biến thiên. Vậy có thể coi mạch xoay chiều RLC nối tiếp như một mạch dao động.

Bài giải:

Mạch xoay chiều RLC nối tiếp cũng có tần số riêng

o 

nhưng bị

nguồn xoay chiều gây dao động cưỡng bức. Vì có E biến thiên nên cũng có

B biến thiên. Vậy có thể coi nó như một mạch dao động.

Chỉ khác là vì có tần số thấp (50Hz) nên năng lượng bé, mạch dao động kín, điện từ trường của nó vì vậy khó bức xạ và truyền đi xa.

Bài 5: Tiến trình hướng dẫn học sinh giải:

Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh
- Máy biến áp cấu tạo gồm những	- Máy biến áp cấu tạo gồm hai cuộn dây có số vòng khác nhau được cuốn trên một lõi sắt kín gồm các lá thép ghép cách điện với nhau. Cuộn thứ nhất nối với nguồn điện xoay chiều gọi là cuộn sơ cấp, cuộn thứ hai nối với tải tiêu thụ gọi là cuộn thứ cấp. - Mạch sơ cấp: P1 = U1I1. Mạch thứ cấp: P2 = U2I2. Nếu hao phí điện năng trong máy biến áp không đáng kể thì có thể coi P1 = P2. - Máy biến áp hàn điện là máy hạ áp nên U2 < U1  I2 > I1  dây của cuộn thứ cấp lớn có tiết diện lớn hơn dây của cuộn sơ cấp.
phần nào?
- Công suất của dòng điện trong
mạch sơ cấp P1 và thứ cấp P2 có
biểu thức thế nào? Khi nào thì có
thể xem P1 = P2?
- Đối với máy biến áp hàn điện (máy
hạ áp), cường độ dòng điện trong
mạch thứ cấp và sơ cấp có mối liên
hệ gì? Rút ra kết luận về tiết diện

của dây?

Bài giải:

Nếu hao phí điện năng trong máy biến áp không đáng kể thì có thể coi công suất của dòng điện trong mạch sơ cấp và trong mạch thứ cấp là bằng nhau

P1 = P2 , tức là U1I1 = U2I2

Với máy biến áp hàn điện (máy hạ áp) thì U2 < U1 nên I2 > I1. Suy ra, cuộn dây thứ cấp có tiết diện lớn hơn cuộn dây sơ cấp.