DANH MỤC TÀI LIỆU
Tóm tắt lý thuyết và các câu hỏi trắc nghiệm ôn tập Vật lý 12 chuyên đề Dòng điện xoay chiều
1
CHUYÊN ĐỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU
A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT
I. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU
1. Định nghĩa, biểu thức của cường độ dòng điện và điện áp tức thời
+ Dòng điện xoay chiều là dòng điện có cường độ biến thiên điều hoà theo thời gian:
i = I0cos(ωt + φi)
trong đó: i là cường độ dòng điện tức thời.
I0> 0 là cường độ dòng điện cực đại.
ω > 0 là tần số góc của dòng điện.
(ωt + φi) là pha của i tại thời điểm t.
φilà pha ban đầu của cường độ dòng điện.
+ Điện áp xoay chiều (hay hiệu điện thế xoay chiều) biến thiên điều hòa theo thời gian:
u = U0cos(ωt + u)
trong đó: u là điện áp tức thời.
U0> 0 Điện áp cực đại.
ω > 0 là tần số góc của điện áp.
(ωt + φu) là pha của điện áp tại thời điểm t.
φulà pha ban đầu của điện áp.
+ Độ lệch pha giữa điện áp u và cường độ dòng điện i: =u i
Với > 0: u sớm pha hơn i (hay i trễ pha hơn u).
Với < 0: u trễ pha hơn i (hay i sớm pha hơn u).
Với = 0: u cùng pha với i.
+ Chu kì của dòng điện xoay chiều: T = 2/.
+ Tần số dòng điện: f = 1/T = /2
2. Cường độ hiệu dụng I của dòng điện xoay chiều
Cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều là đại lượng 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 trên R bởi dòng điện không đổi
ấy bằng công suất trung bình tiêu thụ trên R bởi dòng điện xoay chiều nói trên.
+ Giá trị hiệu dụng bằng giá trị cực đại chia cho
2
.
Suất điện động hiệu dụng: E = E0/
2
Điện áp hiệu dụng: U = U0/
2
Cường độ dòng điện hiệu dụng: I = I0/
2
II. MẠCH CÓ R, L, C MẮC NỐI TIẾP – CỘNG HƯỞNG ĐIỆN
1. Các giá trị tức thời
+ t đoạn mạch RLC nối tiếp. Đặt vào hai đầu A, B của đoạn mạch một điện áp xoay
chiu
u = U0cos(t + u)
+ Trong mạch có dòng điện xoay chiều
i = I0cos(t + i)
+ Các phần tử trong đoạn mạch mắc nối tiếp nên ta có: u = uR+ uL+ uC
2. Giản đồ Fre-nen. Quan hệ giữa cường độ dòng điện và điện áp
a) Giản đồ Fre-nen
2
+ Cách biễu diễn:
- Vẽ trục Ox nằm ngang gọi là trục pha. Biểu diễn i bởi
I
trùng với trục Ox.
- Biểu diễn: uRbởi
R
U
; uLbởi
L
U
; uCbởi
C
U
; u bởi
U
với
U
=
R
U
+
L
U
+
C
U
b) Định luật Ôm cho đoạn mạch RLC nối tiếp
Z/UI
Với Z là tổng trở của đoạn mạch RLC nối tiếp
c) Độ lệch pha của điện áp so với cường độ dòng điện
Gọi độ lệch pha giữa điện áp hai đầu đoạn mạch RLC nối tiếp với cường độ dòng điện chạy
trong đoạn mạch
=ui
Với được xác định thông qua biểu thức
R
ZZ
U
UU
tan CL
R
CL
Khi ZL< Zcthì < 0, điện áp giữa hai đầu đoạn mạch RLC nối tiếp chậm pha hơn ờng độ dòng điện qua
mạch (giản đồ vectơ có
U
nằm dưới trục pha). Đoạn mạch có tính dung kháng.
Khi ZL> Zcthì > 0, điện áp giữa hai đầu đoạn mạch RLC nối tiếp nhanh pha hơn cường độ ng điện qua
mạch (giản đồ vectơ có
U
nằm trên trục pha). Đoạn mạch có tính cảm kháng.
3. Cộng hưởng điện
+ Giữ nguyên giá trị điện áp hiệu dụng U hai đầu đoạn mạch RLC nối tiếp, thay đổi tần số góc của điện
áp đến giá trị sao cho
CL ZZ
Hay
C/1L
Suy ra
LC/1
+ Lúc đó tổng trở của đoạn mạch RLC nối tiếp đạt giá trị cực tiểu Zmin = R, cường độ hiệu dụng của dòng điện
trong đoạn đạt giá trị cực đại. Hiện tượng này gọi là hiện tượng cộng hưởng điện
+ Khi có cộng hưởng điện thì:
R/UZ/UI minmax
Điện áp tức thời giữa hai bản t điện hai đu cuộn cảm thuần triệt tiêu uL+ uc= 0 (hay
0UU cL
),
điện áp ở hai đầu điện trở R bằng điện áp ở hai đầu đoạn mạch RLC nối tiếp.
Cường độ dòng điện biến đổi cùng pha với điện áp giữa hai đầu đoạn mạch RLC nối tiếp.
4. Công suất của dòng điện xoay chiều - Hệ số công suất
a) Công suất trung bình của dòng điện xoay chiều (gọi tắt là công suất của dòng điện xoay chiều)
P
= RI2= UIcos
với U là điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch; I là cường độ hiệu dụng của dòng điện chạy trong đoạn
mạch; đlệch pha giữa điện áp tức thời hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện tức thời chạy trong
đoạn mạch.
b) Hệ số công suất
cos= R/Z
3
Lưu ý:
Để viết biểu thức điện áp hai đầu đoạn mạch RL hoặc LC…ta cần tính điện áp cực đại và pha ban đầu của
điện áp hai đầu đoạn mạch RL hoặc LC… Khi tính ta dựa trên nguyên tắc, đoạn mạch đang khảo sát thiếu
vắng phần tử nào so với đoạn mạch RLC thì cho phần tử đó nhận giá trị 0 trong tất cả các công thức của đoạn
mạch RLC.
Ví dụ: Đoạn mạch chỉ có RL nối tiếp (thiếu C so với đoạn mạch RLC) ta có các công thức sau
2
L
2
RL ZRZ
; U0RL = I0ZRL; tanRL = ZL/R
Trong tờng hợp cun cm điện tr thuần đáng kể, thì ta coi mạch đó có một cun cm L không có điện trở
thuần mắc nối tiếp với một điện trở thuần R không độ tự cảm (vì dòng điện đi từ đầu này tới đầu kia cuộn cảm).
Trường hợp đoạn mạch đang khảo sát gồm nhiều phần tgiống nhau, thì trong các công thức phải thay bởi
giá trị tương đương của chúng.
Nếu các phần tử giống nhau mắc nối tiếp thì trị tương đương của chúng sẽ là
R = R1+ R2+….
ZL= ZL1 + ZL2 +….
ZC= ZC1 + ZC2 +….
Nếu các phần tử giống nhau mắc song song thì trị tương đương của chúng sẽ là
1/R = 1/R1+ 1/R2+….
1/ZL= 1/ZL1 + 1/ZL2 +….
1/ZC= 1/ZC1 + 1/ZC2 +….
III. MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU
1. Nguyên tắc hoạt động của máy phát điện xoay chiều
Cho một khung dây dẫn phẳng có diện tích S quay đều với tốc độ góc quanh một trục vuông góc với
các đường sức của một t trường đều có cảm ứng từ
B
.
Giả stại thời điểm ban đầu t = 0, vectơ pháp tuyến của khung và vectơ cảm ứng từ
B
hợp với nhau
góc , đến thời điểm t góc hợp bởi giữa chúng là (t + ), từ thông qua mạch là
= NBScos(t + )
Theo định luật cảm ứng điện từ, trong khung dây xuất hiện một suất điện động biến thi ên điều hoà
theo thời gian
e = –
dt
dΦ
= NBSsin(t + )
e = E0cos(t + 0)
Suất điện động này gọi là suất điện động xoay chiều.
+ Chu kì và tần số của suất điện động xoay chiều
T = 2/, f = /2
2. Hai cách tạo ra suất điện động cảm ứng xoay chiều thường dùng trong các máy điện
+ Từ trường cố định, các vòng dây quay trong từ trường.
+ Từ trường quay, các vòng dây đặt cố định.
3. Cấu tạo của máy phát điện xoay chiều 1 pha
Các bộ phận chính:
+ Phần cảm là nam châm vĩnh cửu hay nam châm điện. Đó là phần tạo ra từ trường.
+ Phần ứng là những cuộn dây, trong đó xuất hiện suất điện động cảm ứng khi máy hoạt động. Một trong hai
phần đặt cố định, phần còn lại quay quanh một trục. Phần cố định gọi là stato, phần quay gọi là rôto.
Hoạt động:
4
+ Khi rôto quay, từ thông qua cuộn dây biến thiên, trong cuộn y xuất hiện suất điện động cảm ứng, suất
điện động này được đưa ra ngoài để sử dụng.
+ Tần số của dòng điện xoay chiều do y phát điện xoay chiều một pha có p cặp cực, rôto quay với tốc độ n
vòng/giây phát ra:
f = np
4. Doøng ñieän xoay chieàu ba pha
a) Doøng ñieän xoay chieàu ba pha
Doøng ñieän xoay chieàu ba pha laø moät heä thoáng ba doøng ñieän xoay chieàu, gaây bôûi ba suaát ñieän ñoäng
xoay chieàu coù cuøng taàn soá, cuøng bieân ñoä nhöng leäch pha nhau töøng ñoâi moät laø 2/3.
i1= I0cost; i2= I0cos(t – 2/3); i3= I0cos(t + 2/3).
b) Caáu taïo vaø hoaït ñoäng cuûa maùy phaùt ñieän xoay chieàu 3 pha
Maùy phaùt ñieän xoay chieàu ba pha caáu taïo goàm stato coù ba cuoän daây rieâng reõ, hoaøn toaøn gioáng nhau
quaán treân ba loûi saét ñaët leäch nhau 1200treân moät voøng troøn, roâto laø moät nam chaâm ñieän. Khi roâto quay ñeàu,
caùc suaát ñieän ñoäng caûm öùng xuaát hieän trong ba cuoän daây ccuøng bieân ñoä, cuøng taàn soá nhöng leäch pha
nhau 2/3. Neáu noái caùc ñaàu daây cuûa ba cuoän vôùi ba maïch ngoaøi (ba taûi tieâu thuï) gioáng nhau thì ta coù heä ba
doøng ñieän cuøng bieân ñoä, cuøng taàn soá nhöng leäch nhau veà pha laø 2/3.
c) Caùc caùch maéc maïch 3 pha
+ Maéc hình sao:
Ba ñieåm ñaàu cuûa ba cuoän daây ñöôïc noái vôùi 3
maïch ngoaøi baèng 3 daây daãn, goïi laø daây pha. Ba ñieåm
cuoái noái chung vôùi nhau tröôùc roài noái vôùi 3 maïch ngoaøi
baèng moät daây daãn goïi laø daây trung hoøa.
Neáu taûi tieâu thuï cuõng ñöôïc noái hình sao vaø taûi
ñoái xöùng (3 taûi gioáng nhau) thì cöôøng ñoä doøng ñieän trong
daây trung hoøa baèng 0.
Neáu taûi khoâng ñoái xöùng (3 taûi khoâng gioáng nhau) thì cöôøng ñoä doøng ñieän trong daây trung hoaø khaùc
0 nhöng nhoû hôn nhieàu so vôùi cöôøng ñoä doøng ñieän trong caùc daây pha.
Khi maéc hình sao ta coù:
Ud=
3
Up, Id= Ip
trong ñoù:Udlaø ñieän aùp giöõa hai daây pha, Uplaø ñieän aùp giöõa daây pha vaø daây trung hoaø.
Maïng ñieän gia ñình söû duïng moät pha cuûa maïng ñieän 3 pha: noù coù moät daây noùng vaø moät daây nguoäi.
+ Maéc hình tam giaùc:
Ñieåm cuoái cuoän naøy noái vôùi ñieåm ñaàu cuûa cuoän tieáp
theo theo tuaàn töï thaønh ba ñieåm noái chung. Ba ñieåm noái ñoù
ñöôïc noái vôùi 3 maïch ngoaøi baèng 3 daây pha.
Khi maéc hình tam giác ta coù:
Id=
3
Ip, Ud= Up
Caùch maéc naøy ñoøi hoûi 3 taûi tieâu thuï phaûi gioáng nhau.
IV. ÑOÄNG CÔ KHOÂNG ÑOÀNG BOÄ BA PHA
1. Söï quay khoâng ñoàng boä
Quay ñeàu moät nam chaâm hình chöû U vôùi toác ñoä goùc thì töø tröôøng giöõa hai nhaùnh cuûa nam chaâm
cuõng quay vôùi toác ñoä goùc . Ñaët trong töø tröôøng quay naøy moät khung daây daãn kín ctheå quay quanh moät
truïc truøng vôùi truïc quay cuûa töø tröôøng thì khung daây quay vôùi toác ñoä goùc < . Ta noùi khung daây quay
khoâng ñoàng boä vôùi töø tröôøng.
A1
A2
A3
B1
B2
B3
Dây pha 1
Dây pha 2
Dây pha 3
Ud
Up
A1
A2
A3
B1
B2
B3
Dây pha 1
Dây pha 2
Dây pha 3
5
2. Nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa ñoäng cô khoâng ñoàng boä 3 pha
+ Taïo ra töø tröôøng quay baèng caùch cho doøng ñieän xoay chieàu 3 pha ñi vaøo trong 3 cuoän daây gioáng nhau,
ñaët leäch nhau 120otreân moät giaù troøn thì trong khoâng gian giöõa 3 cuoän daây seõ coù moät töø tröôøng quay vôùi
taàn soá baèng taàn soá cuûa doøng ñieän xoay chieàu.
+ Ñaët trong töø tröôøng quay moät roâto loøng soùc coù theå quay xung quanh truïc truøng vôùi truïc quay cuûa töø tröôøng.
+ Roâto loøng soùc quay do taùc duïng cuûa töø tröôøng quay vôùi toác ñoä nhoû hôn toác ñoä cuûa töø tröôøng. Chuyeån
ñoäng quay cuûa roâto ñöôïc söû duïng ñeå laøm quay caùc maùy khaùc.
V. MÁY BIẾN ÁP (Máy biến thế)
Máy biến áp là thiết bị hoạt động dựa trên hiện ợng cảm ứng điện từ, dùng đbiến đổi điện áp xoay
chiều mà không làm thay đổi tần số của nó.
1. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động
Máy biến áp gồm hai cuộn dây có số vòng dây khác nhau quấn trên một lõi sắt kín, ghép cách điện với
nhau để giảm hao phí điện năng do dòng Fu-cô. Các cuộn dây thường làm bằng đồng, đặt cách điện với nhau
và được cách điện với lõi. Cuộn dây nối với nguồn điện xoay chiều, được gọi là cuộn cấp. Cuộn thứ hai nối
với tải tiêu thụ điện năng, được gọi là cuộn thứ cấp.
2. Hoạt động
Dòng điện xoay chiều chy trong cuộn sơ cấp gây ra tthông biến thn qua cuộn thcấp, m xuất hiện
trong cuộn thcấp một suất điện động xoay chiều. Nếu mạch thcấp n thì có ng điện chạy trong cuộn thcấp.
3. Sự biến đổi điện áp và cường độ dòng điện qua máy biến áp
Nếu bỏ qua điện trở của dây quấn thì
2
1
2
1
2
1
N
N
U
U
E
E
Nếu bỏ qua hao phí điện năng trong máy biến áp thì công suất của dòng điện ở mạch sơ cấp bằng công
suất điện ở mạch thứ cấp
1
2
2
1
2
1
2
1
I
I
N
N
U
U
E
E
Lưu ý: trong các công thức trên, chỉ số 1 kí hiệu cho các đại lượng và các thông số ở cuộn sơ cấp. Chỉ số 2
kí hiệu cho các đại lượng và các thông sở cuộn thứ cấp. Máy biến áp tăng điện áp lên bao nhiêu lần thì giảm
cường độ dòng điện đi bấy nhiêu lần và ngược lại.
VI. Truyền tải điện
+ Điện năng truyền tải đi xa thường bị tiêu hao đáng kể, chủ yếu do toả nhiệt trên đường dây.
+ Công suất hao phí trên đường dây trong quá trình truyền tải điện năng
2
2
)(Ucos
RP
ΔP
trong đó: P(W) công suất điện nơi phát truyền đi, U(V) là điện áp nơi phát, coshệ số công suất của
mạch điện.
Lưu ý: - R = ℓ/S là điện trở tổng cộng của dây tải điện (dẫn điện bằng 2 dây)
- Độ giảm điện áp trên đường dây tải điện: U = IR
- Hiệu suất tải điện: H =
.100%
P
ΔPP
+ Biện pháp giảm hao phí trên đường dây tải: giảm R, tăng U. Vì R =
S
l
nên đgiảm ta phải dùng các loại
dây điện trở suất nhỏ như bạc, dây siêu dẫn, ... với giá thành quá cao, hoặc tăng tiết diện S. Việc tăng tiết
diện S thì tốn kim loại và phải xây cột điện lớn nên các biện pháp này không kinh tế. Trong thực tế để giảm
hao phí trên đường truyền tải người ta dùng biện pháp chủ yếu là tăng điện áp U: dùng máy biến áp để đưa
điện áp nhà y lên rất cao rồi tải đi trên các đường dây cao áp. Gần đến nơi tiêu thlại dùng máy biến áp
6
hạ áp để giảm điện áp từng bước đến giá trị thích hợp. Tăng điện áp trên đường y tải lên n lần thì công suất
hao phí giảm n2lần.
B. ĐỀ MINH HỌA PHẦN DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU
Câu 1: Dòng điện xoay chiều là dòng điện
A. do một nguồn có điện áp biến thiên tuần hoàn tạo ra.
B. được mô tả bởi biểu thức i = I0cos(t + ).
C. có chiều và cường độ biến thiên tuần hoàn theo thời gian.
D. do chỉnh lưu cả chu kì dòng điện xoay chiều tạo ra.
Câu 2: Cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều
A. là cường độ dòng điện một chiều tương đương.
B. là trung bình của cường độ dòng điện xoay chiều.
C. bằng cường độ dòng điện không đổi khi chúng lần lượt đi qua một điện trở thuần, trong cùng khoảng thời
gian tỏa ra lượng nhiệt như nhau.
D. tính bằng công thức I = U/R.
Câu 3: Dòng điện xoay chiều có tần số 50 Hz. Trong 1 s dòng điện đổi chiều bao nhiêu lần?
A. 25 lần. B. 50 lần. C. 100 lần. D. 200 lần.
Câu 4: Điện áp hai đầu đoạn mạch biểu thức u = U0cos(100t – /2) (V). Trong khoảng thời gian t0 đến
0,01 s điện áp tức thời có giá trị 0,5U0
2
vào những thời điểm
A. 1/300 s và 2/300 s. B. 1/400 s và 3/400 s.
C. 1/500 s và 3/500 s. D. 1/600 s và 5/600 s.
Câu 5: Dòng điện xoay chiều chạy qua một đoạn mạch biểu thức i = 2
2
cos(100t – /2) (A). o một
thời điểm nào đó i = – 2
2
A, thì sau đó ít nhất một khoảng thời gian bằng bao lâu để i =
6
A?
A. 1/600 s. B. 5/600 s. C. 2/300 s. D. 1/300 s.
Câu 6: Một thiết bị điện được đặt dưới điện áp xoay chiều u = 200cos100t (V). Thiết bị chỉ hoạt động khi
điện áp tức thời có giá trị không nhỏ hơn 110 V. Xác định thời gian thiết bị hoạt động trong 1 s.
A. 0,0126 s. B. 0,0063 s. C. 0,63 s. D. 1,26 s.
Câu 7: Một dòng điện có biểu thức
)2/t100sin(23i
(A). Chọn phát biểu sai.
A. Cường độ hiệu dụng I = 3 A. B. Tần số dòng điện f = 50 Hz.
C. Cường độ cực đại I0=
3 2
A. D. Tại thời điểm t = 0 cường độ dòng điện i = 0.
Câu 8: Cho dòng điện xoay chiều i = 2cos100t (A) chạy qua điện trở R = 5 trong thời gian 1 phút. Nhiệt
lượng tỏa ra trên điện trở R
A. 1200 J. B. 1000 J. C. 800 J. D. 600 J.
Câu 9: Dòng điện xoay chiều chạy trong y dẫn biểu thức i = 2cos(50t + /6) (A). Điện lượng chuyển
qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong 1/4 chu kì kể từ lúc dòng điện bằng không là
A. 0,004 C. B. 0,0127 C. C. 0,0006 C. D. 0,007 C.
Câu 10: Cho dòng điện xoay chiều i = 6,28sin100t (A) chạy qua mạch điện. nh đlớn điện lượng chuyển
qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong thời gian 16 phút 5 giây.
A. 234 C. B. 3858 C. C. 45 C. D. 87 C.
Câu 11: Dòng điện xoay chiều ''đi qua'' tụ điện dễ dàng hơn nếu
A. tần số dòng điện không đổi. B. tần số dòng điện càng lớn.
C. tần số dòng điện càng bé. D. tần số dòng điện thay đổi.
Câu 12: Đoạn mạch R, L, C mắc nối tiếp. Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều. Chọn câu sai.
A. Đoạn mạch có tính cảm kháng khi ZL– ZC> 0.
B. Đoạn mạch có tính cảm kháng thì cường độ dòng điện chậm pha so với điện áp ở hai đầu đoạn mạch.
C. Khi có cộng hưởng điện thì điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn cảm và ở hai bản tụ điện bằng nhau.
D. Khi có cộng hưởng điện thì cường độ dòng điện và điện áp ngược pha nhau.
Câu 13: Trong đoạn mạch chứa tụ điện điện dung C và cuộn dây thuần cảm kháng độ tcảm L. Kết
thông tin tài liệu
Tài liệu gồm 9 trang, Tóm tắt lý thuyết và các câu hỏi trắc nghiệm ôn tập Vật lý 12 chuyên đề Dòng điện xoay chiều. Mời quý phụ huynh và các em học sinh tham khảo.
Mở rộng để xem thêm
xem nhiều trong tuần
yêu cầu tài liệu
Giúp bạn tìm tài liệu chưa có

LÝ THUYẾT TOÁN


×