Giáo án lớp 12 môn Vật lý - Dòng điện xoay chiều

DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU A. KIẾN THỨC CƠ BẢN 1.Khái niệm dòng điện xoay chiều, điện áp xoay chiều Định nghĩa Dòng điện xoay chiều là dòng điện có cường độ biến thiên điều hòa theo thời gian (theo hàm cos hay sin của thời gian) Biểu thức: Với : Pha ban đầu ứng với thời điểm. - Điện áp xoay chiều: u = Với : Pha ban đầu của điện áp. Chu kì: Tần số: Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều -Định tính: dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. -Định lượng: +Giả sử khi t = 0 pháp tuyến của khung dây trùng với .Từ thông qua khung dây tại thời điểm t là: . Với = BS: Từ thông cực đại qua một vòng dây. +Từ thông biến thiên làm xuất hiện trong khung dây một suất điện động cảm ứng tức thời tại thời điểm t là: . +Với N,B,S là các đại lượng không đổi. => Vậy suất điện động trong khung biến thiên điều hòa với tần số góc . Giá trị hiệu dụng . I0, U0, E0: là các giá trị cực đại. 2. Các mạch điện xoay chiều a, Đoạn mạch xoay chiều chỉ có R hoặc chỉ có L hoặc chỉ có C Đoạn mạch Chỉ có R Chỉ có cuộn dây thuần cảm Chỉ có tụ điện Sơ đồ mạch điện Điện trở (Trở kháng) R ZL = ZC = Định luật Om Độ lệch pha giữa u và i . Quan hệ giữa u và i u, i cùng pha u sớm pha so với i. u trễ pha so với i. Giản đồ vectơ R C A B L b, Đoạn mạch RLC nối tiếp -Sơ đồ mạch điện O j - Giảng đồ vector quay Fresnen ( UL > UC ) -Từ giảng đồ vector ta có: U2 = UR2 + (UL - UC)2 Biểu thức định luật Ohm: Tổng trở của đoạn mạch: Độ lệch pha giữa u và i: Nếu ZL > ZC : thì , mạch có tính cảm kháng, u nhanh pha hơn i góc . Nếu ZL < ZC : thì , mạch có tính dung kháng, u chậm pha hơn i góc . Nếu ZL = ZC : thì , u cùng pha i, khi đó . Xảy ra hiện tượng cộng hưởng điện. - Hiện tượng cộng hưởng điện + Điều kiện để có cộng hưởng điện xảy ra: + Hệ quả của hiện tượng cộng hưởng điện Zmin = R => Imax = U/R. u, i cùng pha. . 3.Công suất của mạch điện xoay chiều Biểu thức - Công suất tiêu thụ trung bình của mạch điện , Với là hệ số công suất, mạch RLC: - Nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở R: W = Q = RI2t = P.t - Mạch RLC nối tiếp công suất tiêu thụ trong mạch là công suất tiêu thụ trên điện trở R. Ý nghĩa hệ số công suất - Hệ số công suất càng cao thì hiệu quả sử dụng điện năng càng cao. Để tăng hiệu quả sử dụng điện năng ta phải tìm mọi cách để làm tăng hệ số công suất. Điều kiện để có công suất cực đại -Từ biểu thức -Nếu L,C,=const, R thay đổi. Với R = , -Nếu R,U = const, L,C,f thay đổi . =>Mạch xảy ra hiện tượng cộng hưởng . 4.Máy biến áp và sự truyền tải điện năng Các khái niệm U1 U2 N2 N1 - Máy biến áp là thiết bị dùng thay đổi điện áp xoay chiều mà không làm thay đổi tần số của nó. - Nguyên tắc hoạt động: dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. - Cấu tạo: Gồm có hai phần: +Lõi thép: bao gồm nhiều lá thép kĩ thuật điện mỏng được ghép xác với nhau, cách điện nhau tạo thành lõi thép (dẫn từ) +Các cuộn dây: Được quấn bằng dây dẫn, các vòng dây của các cuộn dây được quấn trên lõi thép và cách điện với nhau. Số vòng dây của các cuộn dây thường là khác nhau. Công thức - Dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn sơ cấp làm phát sinh từ trường biến thiên trong lõi thép =>gây ra từ thông xuyên qua mỗi vòng dây của hai hai cuộn là -Từ thông qua cuộn sơ cấp và thứ cấp lần lược là: và - Suất điện động trong cuộn thứ cấp: - Trong cuộn thứ cấp có dòng điện cảm ứng biến thiên điều hòa cùng tần số với dòng điện ở cuộn sơ cấp. - Tỉ số máy biến áp: +Nếu k < 1, : thì máy tăng áp +Nếu k > 1, : thì máy hạ áp -Bỏ qua hao phí điện năng trong máy thì công suất trong cuộn sơ cấp và thứ cấp là như nhau: U1I1 = U2I2 => - Hiệu suất: H=.100% = Giảm hao phí điện năng khi truyền tải điện năng đi xa - Công suất hao phí khi truyền tải điện năng đi xa Gọi: Pphát : là công suất điện ở nhà máy phá điện cần truyền tải. Uphát : là điện áp ở hai đầu mạch I: cường độ dòng điện hiệu dụng trên dây truyền tải R: điện trở tổng cộng của dây truyền tải. Pphát = Uphát.I => Công suất hao phí trên đường dây truyền tải là Phaophí = I2.R = R.P2 phát/U2phát -Hai cách làm giảm hao phí trong quá trình truyền tải điện năng đi xa +Giảm điện trở dây truyền tải bằng cách: Tăng tiết diện dây dẫn (Tốn kém vật liệu). Làm dây dẫn bằng các vật liệu có điện trở suất nhỏ => Không kinh tế. +Tăng điện áp trước khi truyền tải bằng cách dùng máy biến thế => Đang được sử dụng rộng rãi. 5.Máy phát điện xoay chiều một pha, ba pha. Nguyên lí hoạt động -Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ Nguyên tắc cấu tạo máy phát điện xoay chiều một pha -Phần cảm - phần tạo ra từ trường, là nam châm -Phần ứng - phần tạo ra dòng điện xoay chiều, gồm các cuộn dây giống nhau cố định trên vòng tròn(Phần cảm có bao nhiêu cặp cực thì phần ứng có bấy nhiêu cuộn dây) -Tần số dòng điện xoay chiều do máy phát điện xoay chiều phát ra là: f = nP Với + n: Tốc độ quay của rôto (vòng/s). + p: Số cặp cực của NC. N S + f: Tần số dòng điện xoay chiều(Hz). Nguyên tắc cấu tạo máy phát điện xoay chiều ba pha -Phần cảm ( Rôto) thường là nam châm điện. -Phần ứng (Stato) gồm ba cuộn dây giống hệt nhau quấn quanh trên. lõi thép và lệch nhau 1200. trên vòng tròn Stato. Dòng điện xoay chiều ba pha -Là một hệ thống gồm ba dòng điện xoay chiều có cùng tần số, cùng biên độ, nhưng lệch pha nhau . Khi đó dòng điện xoay chiều trong ba cuộn dây là A2 A3 A1 B1 B3 B2 A2 A1 A3 B1 , ; Mắc hình sao -Gồm 4 dây trong đó có ba dây pha và một dây trung hòa. -Tải tiêu thụ không cần đối xứng: ; Id = Ip; I0 = 0 Mắc hình tam giác - Hệ thống gồm ba dây - Tải tiêu thụ phải thật đối xứng: ; Ud = Up Ưu điểm dòng xoay chiều ba pha - Tiết kiệm dây dẫn - Dòng điện xoay chiều ba pha đối xứng cho hiệu suất cao hơn so với dòng điện xoay chiều một pha. - Tạo ra từ trường quay dùng trong động cơ không đồng bộ ba pha dễ dàng. Động cơ không đồng bộ -Nguyên tắc hoạt động: dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ và từ trường quay. -Cấu tạo:Gồm hai phần: +Stato giống stato của máy phát điện xoay chiều ba pha (1) (2) +Rôto: hình trụ có tác dụng giống như một cuộn dây quấn trên lõi thép B. BÀI TẬP Dạng 1: Cách tạo ra dòng điện xoay chiều: I. Phương pháp: - Vận dụng các công thức chu kỳ, tần số, từ thông, các công thức điện áp, cường độ dòng điện, suất điện động hiệu dụng II. Ví dụ: Ví dụ 1: Một dòng điện xoay chiều có tần số 60 Hz, tần số góc và chu kỳ của dòng điện là bao nhiêu. Giải Ví dụ 2: Một khung dây dẫn có diện tích 60cm2 quay đều với tốc độ 20 vòng trong một giây. Khung dây đặt trong một từ đều có cảm ứng từ 0,02T. Trục quay vuông góc với các đường cảm ứng từ. a, Xác định chu kỳ, tần số suất điện động trong khung. b, Viết biểu thức từ thông xuyên qua khung dây. c, Viết biểu thức suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây. Chọn pha ban đầu của suất điện động bằng 0. Giải a, Chu kỳ: T=1/20 = 0,05(s) Tần số: f = 1/T=20 (Hz) b, Biểu thức từ thông có dạng: Với Vậy: c, Biểu thức suất điện động: e = III. Bài tập áp dụng: Câu 1. Cho bieåu thöùc cuûa cöôøng ñoä doøng ñieän xoay chieàu laø i = Iocos(wt+j). Cöôøng ñoä hieäu duïng cuûa doøng ñieän xoay chieàu ñoù laø A. I = . B. I = 2Io. C. I = Io. D. I = . Câu 2. Một nguồn điện xoay chiều e = . Tìm giá trị hiệu dụng của suất điện động và tần số góc, chu kỳ, tần số của dòng điện xoay chiều. ĐS: (4V); 1/60(s); 60(Hz) Câu 3. Một khung dây bẹt hình chũ nhật cạnh 10cm và 20cm, gồm 200 vòng được đặt trong một từ trường đều có cảm ứng từ B = 0,25T. Tính từ thông xuyên qua khung khi: a) Pháp tuyến của khung song song cùng chiều với với . b) Pháp tuyến của khung song song ngược chiều với với . ĐS: 1(Wb); (-1Wb) Câu 4. Hiệu điện thế sinh ra bởi một máy phát điện xoay chiều uAB = U0 cost (V). Dòng điện mạch ngoài có dạng: i = - I0 sin( ) (A) Góc lệch pha của dòng điện so với hiệu điện thế là: A. (rad) B. (rad) C. ( rad) D.+5/6(rad) Dạng 2: Các mạch điện xoay chiều Chủ đề 1: Các mạch điện cơ bản: I. Phương pháp chung: - Nhận diện được dạng mạch điện: Chứa bao nhiêu phần tử, các phần tử mắc như thế nào. - Chú ý cuộn dây (nếu có) thuần cảm hay không. - Áp dụng các công thức thích hợp đối vơi đoạn mạch. - Lưu ý: + Đối với mạch chỉ có hai phần tử mắc nối tiếp tức khuyết đi một phần tử trong mạch RLC khi vận dụng các công thức mạch RLC bỏ các đại lượng liên quan đến phần tử liên quan đó. VD: Mạch RL, khuyết phần tử C Tổng trở: ; Điện áp hiệu dụng: U2 = UR2 + UL2; Độ lệch pha: + Trường hợp mạch RLC có thêm phần tử mắc nối tiếp thì khi áp dụng công thức RLC bổ sung thên đại lượng có liên quan với phần tử bổ sung đó. VD: Mạch RLC, cuộn dây có điện trở thuần r thì: Tổng trở: ; Điện áp hiệu dụng: U2 = (UR +Ur)2 + (UL - UC)2 Độ lệch pha: II. Ví dụ: Một mạch điện gồm điện trở thuần R = 75 mắc nối tiếp cuộn cảm có độ tự cảm L = H và với tụ điện có điện dung C = F. Dòng điện xoay chiều chạy trong mạch có biểu thức: i = 2 cos 100t (A) a) Tính cảm kháng, dung kháng, tổng trở của đoạn mạch. b) Tính độ lệch pha của hiệu điện thế. Giải a) Cảm kháng, dung kháng, tổng trở của mạch: Cảm kháng: ZL = L. Dung kháng: ZC = Tổng trở: Z = b) Độ lệch pha : Ta có: =. Suy ra: = (rad) III. Bài tập áp dụng:. Câu 1. Ñoaïn maïch xoay chieàu RLC maéc noái tieáp. Ñieän trôû thuaàn R = 10W. Cuoän daây thuaàn caûm coù ñoä töï caûm L = H, tuï ñieän coù ñieän dung C thay ñoåi ñöôïc. Maéc vaøo hai ñaàu ñoaïn maïch hieäu ñieän theá xoay chieàu u = Uocos100pt (V). Ñeå hieäu ñieän theá hai ñaàu ñoaïn maïch cuøng pha vôùi hieäu ñieän theá hai ñaàu ñieän trôû R thì ñieän dung cuûa tuï ñieän la :ø A. F. B. F. C. F. D. Một đáp án khác. Câu 2. Taùc duïng cuûa cuoän caûm ñoái vôùi doøng ñieän xoay chieàu laø A. Gaây caûm khaùng nhoû neáu taàn soá doøng ñieän lôùn. B. Gaây caûm khaùng lôùn neáu taàn soá doøng ñieän lôùn. C. Ngaên caûn hoaøn toaøn doøng ñieän xoay chieàu. D. Chæ cho pheùp doøng ñieän ñi qua theo moät chieàu. Câu 3. Cho moät ñoaïn maïch khoâng phaân nhaùnh goàm moät ñieän trôû thuaàn, moät cuoän daây thuaàn caûm vaø moät tuï ñieän. Khi xaûy ra coäng höôûng ñieän trong ñoaïn maïch ñoù thì khaúng ñònh naøo sau ñaây laø sai ? A. Cöôøng ñoä doøng ñieän hieäu duïng trong maïch ñaït giaù trò lôùn nhaát. B. Caûm khaùng vaø dung khaùng cuûa maïch baèng nhau. C. Hieäu ñieän theá töùc thôøi giöõa hai ñaàu ñoaïn maïch cuøng pha vôùi hieäu ñieän theá töùc thôøi giöõa hai ñaàu ñieän trôû R. D. Hieäu ñieän theá hieäu duïng giöõa hai ñaàu ñieän trôû R nhoû hôn hieäu ñieän theá hieäu duïng ôû hai ñaàu ñoaïn maïch. Câu 4. Cho maïch ñieän xoay chieàu nhö hình veõ. Cuoän daây thuaàn caûm coù ñoä töï caûm thay ñoåi ñöôïc. Ñieän trôû thuaàn R = 100W. Hieäu ñieän theá hai ñaàu maïch u = 200cos100pt (V). Khi thay ñoåi heä soá töï caûm cuûa cuoän daây thì cöôøng ñoä doøng ñieän hieäu duïng coù giaù trò cöïc ñaïi laø L A. A. B. 0,5A. C. A. D. Một đáp án khác. Câu 5. Cho mạch điện như hình vẽ : u = 400cos Cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L. Dòng điện qua mạch có giá trị hiệu dụng I = (A).Tính độ tự cảm L. ĐS: L = 5/12(H) Câu 6. Cho mạch điện xoay chiều gồm điện trở R = 75, nối tiếp với tụ điện có điện dung C. Tổng trở của mạch Z = 125. a) Tính C. Cho tần số dòng điện là 50Hz. b) Tính độ lệch pha giữa điện áp xoay chiều và dòng điện xoay chiều của mạch. ĐS:3.18.10-5(F); -5307’= Câu 7. Nhận xét nào về đoạn mạch chỉ có tụ là sai? A. Tụ điện không cho dòng điện một chiều đi qua, nhưng cho dòng điện xoay chiều “đi qua” nó. B. Hiệu điện thế hai giữa hai bản tụ điện luôn luôn chậm pha hơn dòng điện qua tụ góc . C. Dòng điện qua tụ điện luôn luôn sớm pha hơn hiệu điện thế 1 góc . D. Giữ cho các yếu tố khác không đổi, nếu điện dung tăng lên 2 lần thì dung kháng tăng lên 2 lần. Câu 8. Mạch RLC nối tiếp có R = 100, L = (H), f = 50Hz. Biết i nhanh pha hơn u 1 góc rad. Điện dung C có giá trị: A. . 10-4 (F) B. . 10-4 (F) C. . 10-4 (F) D. Tất cả đều sai Câu 9. Cuộn dây có điện trở R và hệ số tự cảm là L đặt vào hiệu điện thế có tần số f thì cường độ hiệu dụng qua nó là 4A. Nối tiếp thêm tụ C với điều kiện 2LC2 = 1 thì cường độ hiệu dụng có giá trị A. 4 A B. 1 A C. 2 A D. 1,5 A Câu 10. Có nguồn hiệu điện thế u = U0 sin khi mắc lần lượt R, L, C vào nguồn thì cường độ hiệu dụng qua chúng là 4A, 6A, 2A,. Khi mắc nối tiếp R, L, C vào nguồn thì cường độ hiệu dụng qua nó là: A. 12A B. 2,4A C. 6A D. 4A Câu 11. Một đoạn mạch điện gồm có điện trở thuần R=40 mắc nối tiếp với cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L=H. Dòng điện xoay chiều chạy trong mạch có biểu thức: i=(A) a. Tìm tổng trở của đoạn mạch. b. Tính độ lệch pha giữa hiệu điện thế và cường độ dòng điện. ĐS: Z=56,4; b. =rad; Câu 12. Mạch RLC nối tiếp được mắc vào hai đầu AB của một mạng điện xoay chiều ổn định. Biết L = (H) và C = (F). Tần số f cần thiết để hiệu điện thế 2 đầu uC và uAB lệch pha nhau rad là: A. 50 Hz B. 60Hz C. 1000 Hz D. 2000 Hz Câu 13. Mạch điện xoay chiều AB gồm điện trở thuần R = 80 nối tiếp với hộp X. Trong hộp X chỉ chứa một phần tử là điện trở thuần R’ hoặc cuộn thuần cảm L, hoặc tụ C. Cho: UAB = 100sin (V). Dòng điện qua R có cường độ hiệu dụng 1 A và trễ pha hơn uAB. Phần tử trong hộp X có giá trị: A. R’ = 20 B. C= (F) C. L = (H) D. L = (H) Chủ đề 2 : Công suất của dòng xoay chiều : I. Phương pháp : - Áp dụng các công thức công suất trung bình, tức thời, hệ số công suất. - Điện năng tiêu thụ trên đoạn mạch xoay chiều bằng điện năng tiêu thụ trên điện trở thuần của mạch. - Lưu ý xác định điện năng tiêu thụ trên đoạn nào để áp dụng đúng công thức. II. Ví dụ : Ví dụ 1: Cho mạch điện xoay chiều gồm điện trở R = 100 nối tiếp với cuộn dây có điện thuần R0 = 10, độ tự cảm L. Cường độ hiệu dụng trong mạch có giá trị 2A. Tính công suất tiêu thụ của mạch và của cuộn dây. Giải Công suất tiêu thụ của mạch : P = (R + R0)I2 = (100 + 10).22 = 440W Công suất tiêu thụ của cuộn dây : P = R0I2 = 10.22 = 40W Ví dụ 2 : Đặt điện áp xoay chiều u = Uo cos2ft(V) có tần số thay đổi được vào hai đầu đoạn mạch RLC nối tiếp. Biết R = 100, C = F; L = . Để cho công suất tiêu thụ của mạch lớn nhất thì f phải có giá trị là bao nhiêu? Giải Từ với R không đổi để cho công suât tiêu thụ của mạch lớn nhất khi I có giá trị lớn nhất -> trong mạch có cộng hưởng điện -> ZL = ZC -> Ví dụ 3 : Cho mạch AB có 3 phần tử mắc nối tiếp là R =80 , cuộn dây thuần cảm ZL = 100 và tụ điện C, UAB = 200V. Công suất tiêu thụ của mạch là 320W. a, Tính dung kháng của tụ. b, Tính góc lệch giữa i và u khi ZL > ZC Giải a, . Từ P = RI2 Suy ra : b, Từ công thức : tan Vậy u nhanh pha hơn i góc 0,64(rad) III. Bài tập áp dụng : Câu 1. Ñaët moät hieäu ñieän theá xoay chieàu u = 220cos100pt (V) vaøo hai ñaàu ñoaïn maïch R, L, C khoâng phaân nhaùnh coù ñieän trôû R = 110V. Khi heä soá coâng suaát cuûa maïch laø lôùn nhaát thì coâng suaát tieâu thuï cuûa ñoaïn maïch laø A. 460W. B. 172,7W. C. 440W. D. 115W. Câu 2. Một cuộn dây có hệ số tự cảm 0,2H và điện trở thuần 10 được đặt dưới hiệu điện thế xoay chiều 220V. Tần số dòng điện là 50Hz. Tính cường độ dòng điện chạy qua cuộn dây và nhiệt lượng tỏa ra trong 5s. ĐS: 3,5A; 613J Câu 3: Cho mạch điên xoay chiều gồm điện trở thuần R = 100 nối tiếp với cuộn dây có điện trở thuần R0 = 20 và độ tự cảm L. Điện trở của vôn kế rất lớn. Đặt điện áp xoay chiều có trị hiệu dụng U = 120V, tần số dòng điện 50Hz vào hai đầu đoạn mạch. Cho điện áp hiệu dụng hai đầu R là 50V. Tính Nhiệt lượng tỏa ra trên R và trên R0 trong 5 phút. Độ tự cảm L. ĐS : 7500J ; 1500J ;0,662H. Chủ đề 3: Viết phương trình điện áp và cường độ dòng điện xoay chiều I. Phương pháp : - Tìm biên độ của điện áp, cường độ dòng điện - Tìm pha ban đầu từ công thức tan, từ mối quan hệ giữa u và i theo dạng mạch điện. II. Ví dụ : Ví dụ 1: Cho mạch điện xoay chiều như hình vẽ. A R L C B Biết R=100, L=H, C=F, uAB= (V) Viết biểu thức hiệu điện thế i, uR, uC, uL. Giải ZL = , i sớm pha một góc I0 = U0/Z = 2A. Vậy, biểu thức i = 2 cos * Tìm Biểu thức uR: U0R = 2.100 = 200V uR cùng pha với i nên: uR = 200 cos * Tìm biểu thức uL: U0L = I0 ZL = 2.100 = 200V uL sớm pha góc so i nên: uL = 200 cos(100t+)(V); * Tìm biểu thức uC: U0C = I0 ZC = 2.200 = 400V uC trễ pha góc so i nên: uC = 400 cos(100t - ) (V) Ví dụ 2: Cho mạch điện xoay chiều gồm R = 60, cuộn dây có điện trở R0 = 20 độ tự cảm L=H, C=. Đặt hiệu điện thế xoay chiều u = (V) Viết biểu thức cường độ dòng điện trong mạch Viết biểu thức hai đầu cuộn dây. Giải a. Ta có: ZL = , I0 = U0/Z = 1,2A <0, i sớm pha 0,2 so với u Vậy: i = 2 cos b. Ta có: Zcd = = 20 Điện áp cực đại giữa hai đầu cuộn dây: U0L = I0 Zcd = 1,2. .20 = 24V Gọi là độ lệch pha giữa điện áp hai đầu cuộn dây và dòng điện trong mạch, ta có: , ucd sớm pha so với i góc Biểu thức: ucd = 24cos R III. Bài tập áp dụng : Câu 1 : Cho mạch điện như hình vẽ: u = 200cos điện trở R = 80. Viết biểu thức cường độ dòng điện trong mạch. ĐS : i = 2,5cos Câu 2. Moät ñoaïn maïch goàm cuoän daây thuaàn caûm coù ñoä töï caûm L = H maéc noái tieáp vôùi ñieän trôû thuaàn R = 100W. Ñaët vaøo hai ñaàu ñoaïn maïch moät hieäu ñieän theá xoay chieàu u = 100cos100pt (V). Bieåu thöùc cöôøng ñoä doøng ñieän trong maïch laø A. i = cos(100pt - ) (A). B. i = cos(100pt + ) (A). C. i = cos(100pt + ) (A). D. Một đáp án khác Câu 3. Cho maïch ñieän xoay chieàu goàm ñieän trôû thuaàn R, cuoän daây thuaàn caûm L vaø tuï ñieän C = F maéc noái tieáp. Neáu bieåu thöùc cuûa hieäu ñieän theá giöõa hai baûn tuï laø uC = 50cos(100pt - ) (V). thì bieåu thöùc cuûa cöôøng ñoä doøng ñieän trong maïch laø A. i = 5cos(100pt + ) (A). B. i = 5cos(100pt - ) (A). C. i = 5cos100pt) (A). D. Một đáp án khác. Câu 4. Cho mạch điện xoay chiều như hình vẽ. Biết R=100, L=H, C=F, uAB= (V) R. L C Viết biểu thức hiệu điện thế uR, uC, uL. A B ĐS: uR=200cos(100t+) (V);uL=200cos(100t+)(V);uC=400cos(100t-) (V) Câu 5. Một đoạn mạch điện gồm có điện trở thuần R=40 mắc nối tiếp với cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L=H. Dòng điện xoay chiều chạy trong mạch có biểu thức: i=(A) a. Tìm tổng trở của đoạn mạch. b. Tính độ lệch pha giữa hiệu điện thế và cường độ dòng điện. c. Viết biểu thức của hiệu điện thế giữa hai đầu mạch điện ĐS: 4(); b. =(rad); c. u=160cos(100t+) (V) Câu 6. Cho mạch điện như hình vẽ. L R A C Biết R=100, C=H và cuộn thuần cảm L. Đặt vào hai đầu đoạn mạch một hiệu điện thế xoay chiều u=200cos100t (V). Biết hệ số công suất toàn mạch là , bỏ qua điện trở ampe kế. a. Tính giá trị của L. b. Số chỉ ampe kế. c. Viết biểu thức cường độ dòng điện. ĐS: a. ; b. 1A. ; c. i=cos(100t) (A) Chủ đề 4: Hiện tượng cộng hưởng I. Phương pháp: Hiện tượng cộng hưởng:ZL = ZC; UL = UC; U0L = U0C; ; u,i cùng pha, cường độ hiệu dụng đạt giá trị cực đại IMA X = U/R. Khi đó, U = UR; Z = R... II. Ví dụ:Cho mạch RLC: R = 50; L=H. Đăt vào hai đầu mạch điện áp xoay chiều: u = 220cosV. Tụ có điện dung thay đổi. a. Tìm C để điện áp hai đầu mạch cùng pha với i. b. Viết biểu thức dòng điện qua mạch. Giải u cùng pha với i: , có hiện tượng cộng hưởng => ZL = ZC => Ta có: I0 = U0/R = 4,4(A ) => i=(A) Chủ đề 5 : Bài toán cự trị - Nếu đề cập đến đại lượng nào cực trị thì viết biểu thức đại lượng đó biến đổi toán học về dạng có thể dễ biện luận nhất. - Áp dụng kiến thức toán học về khảo sát hàm số, các bất đẳng thức... - Các bài toán liên quan đến cực trị là hiện tượng cộng hưởng, cực trị của công suất, điện áp, dòng điện, tần số... Dạng 3: Sản suất, truyền tải điện năng. Máy biến thế. I. Phương pháp: - Áp dụng các công thức từ thông, suất điện động, chu kỳ, tần số, liên hệ giữa điện áp dây và điện áp pha... của máy phát điện xoay chiều một pha, ba pha - Hệ số của biến thế: k = - Công suất hao phí trên dây: P= RI2 = R - Độ giảm thế trên đường dây: U=IR - Hiệu suất trền tải: H = P’/P = P - /P II. Ví dụ: Ví dụ 1: Một máy phát điện phần cảm có 12 cặp cực quay với vận tốc 300vòng/phút. Từ thông cực đại qua các cuộn dây lúc đi ngang qua đầu cực là 0,2Wb và mỗi cuộn dây có 5 vòng dây (số cuộn bằng số cực từ). Tính tần số của dòng điện xoay chiều phát ra. Viết biểu thức của suất điện động cảm ứng và tính suất điện động hiệu dụng của máy phát. (=0) Giải a. Ta có f=p; Với: n=300 (vòng/phút); p=12. ; Vậy f = = 60 Hz. b. Ta có = 2f= 260= 120 rad/s Suất điện động cảm ứng: e = E0cost E0= NBS= N= 24.5.0,2.120= 2880 (V) Vậy: e= 2880cos120t (V) Suất điện động hiệu dụng: E= = (V) Ví dụ 2: Một máy biến thế gồm có cuộn sơ cấp 300 vòng, cuộn thứ cấp 1500 vòng. Mắc cuộn sơ cấp vào một hiệu điện thế xoay chiều có giá trị hiệu dụng 120V. Tính hiệu điện thế hiệu dụng hai đầu cuộn thứ cấp. Cho hiệu suất của máy biến thế là 1 (không hao phí năng lượng). Tính cường độ hiệu dụng ở cuộn thứ cấp, nếu cường độ hiệu dụng ở cuộn sơ cấp là I1=2A. Giải a. Ta có -> V. b. Từ - > A Ví dụ 2: Một máy phát điện xoay chiều 3 pha mắc theo kiểu hình sao có hiệu điện thế pha bằng 120V. 1. Tính hiệu điện thế dây. 2. Mắc các tải như nhau vào mỗi pha của mạng điện. Mỗi tải có điện trở thuần R=100 nối tiếp với cuộn dây thuần cảm có L=H. Dòng điện có tần số 50 Hz. a. Tính cường độ hiệu dụng của dòng điện qua các tải. b. Viết biểu thức cường độ dòng điện trên các dây pha. c. Tính công suất của dòng điện ba pha này. Giải 1. Ta có hiệu điện thế của dây: Ud= Up.=120 (V) 2. Cảm kháng: ZL= L. = Tổng trở của một tải: Z = () a. Cường độ dòng điện qua các tải là: I = A b. Ta có thể biểu diễn: i1=I0cost; I0=I=0,85. =1,2 A i1=1,2cos100t (A); i2=1,2cos(100t + ) (A) i3=1,2cos(100t - ) (A) Công suất của mỗi tải là: P0=R.I2=100.0,852 W c. Công suất của dòng điện ba pha này là: P=3P0=3.RI2=216 W III. Bài tập áp dụng: Câu 1. Một động cơ không đồng bộ ba pha có điện áp định mức mỗi pha là 220V. a. Hỏi mắc các cuộn dây của động cơ như thế nào để có thể cho động cơ này đúng công suất định mức khi mạng điện có hiệu điện thế pha bằng 127V b. Biết rằng công suất của động cơ là 10kW và hệ số công suất cosφ=0,8.Tính cường độ dòng điện chạy qua các cuộn dây của động cơ ĐS: mắc tam giác; 19(A) Câu 2. Moät maùy phaùt ñieän xoay chieàu moät pha caáu taïo goàm nam chaâm coù 5 caëp cöïc quay vôùi toác ñoä 24 voøng/giaây. Taàn soá cuûa doøng ñieän laø A. 120Hz. B. 60Hz. C. 50Hz. D. 2Hz. Câu 3. Moät maùy phaùt ñieän xoay chieàu ba pha hình sao coù hieäu ñieän theá pha baèng 220V. Hieäu ñieän theá daây cuûa maïng ñieän laø: A. 127V. B. 220V. C. 110V. D. 381V. Câu 4. Một máy phát điện xoay chiều có 4 cặp cực, cung cấp một hiệu điện thế xoay chiều có trị số hiệu dụng 100V, tần số 50Hz . Bỏ qua điện trở trong của máy phát. 1. Tính tốc độ quay của Roto 2. Nếu vận tốc quay tăng lên gấp đôi thì tần số và hiệu điện thế hiệu dụng là bao nhiêu? ĐS: 750 vòng/giây; 200(V) Câu 5. Moät maùy bieán theá goàm cuoän sô caáp coù 2500 voøng daây, cuoän thöù caáp coù 100 voøng daây. Hieäu ñieän theá hieäu duïng hai ñaàu cuoän sô caáp laø 220 V. Hieäu ñieän theá hieäu duïng hai ñaàu cuoän thöù caáp laø. A. 5,5V. B. 8,8V. C. 16V. D. 11V. Câu 6. Moät maùy bieán theá coù tæ leä veà soá voøng daây cuûa cuoän sô caáp vaø cuoän thöù caáp laø 10. Ñaët vaøo hai ñaàu cuoän sô caáp moät hieäu ñieän theá xoay chieàu coù giaù trò hieäu duïng laø 200V thì hieäu ñieän theá hieäu duïng giöõa hai ñaàu cuoän thöù caáp laø A. 10V. B. 10V. C. 20V. D. 20V. Câu 7. Khi hiệu điện thế thứ cấp máy tăng thế của đường dây tải điện Bà Rịa-Cần Thơ là 200 KV, thì tỉ lệ hao phí do tải điện năng là 10%. Muốn tỉ lệ hao phí chỉ còn 2,5% thì hiệu điện thế cuộn thứ cấp tại Bà Rịa. A. Tăng thêm 400KV B. Tăng thêm 200KV C. Giảm bớt 400KV D. Giảm bớt 200KV