BÀI 13. ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

PHẦN I. HỆ THỐNG CÂU HỎI, BÀI TẬP TRONG SGK

MỞ ĐẦU

Câu hỏi: Nhà máy thủy điện Hòa Bình (13.1) là một trong số các nhà máy thủy điện nổi tiếng ở Việt Nam, với tổng sản lượn điện sản xuất kể từ khi được đưa vào vận hành đến tháng 9/2023 là 270 tỉ kW.h (Nguồn: EVN). Dòng điện được tạo ra và truyền đi từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ dòng điện xoay chiều. Vậy dòng điện xoay chiều có những đặc điểm gì?

1. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

Thảo luận 1: Dựa vào định luật Faraday, đề xuất một số phương pháp tạo ra suất điện động cảm ứng trong khung dây dẫn kín.

Thảo luận 2: Hình 13.3 là mô hình máy phát điện xoay chiều đơn giản, bao gồm khung dây (1) được đặt trong từ trường của nam châm (2), khung dây được nối với hai vành khuyên (3) và hai thanh quét (4) để đưa dòng điện ra ngoài. Hãy trình bày nguyên tắc tạo suất điện động xoay chiều bởi máy này.

Luyện tập: Có thể dùng thanh nam châm thẳng để tạo ra dòng điện xoay chiều trong khung dây kín không? Vì sao?

Luyện tập: Từ các dụng cụ: 1 khung dây hình chữ nhật có thể quay đều quanh một trục cố định (trục đối xứng của khung và năm trong mặt phẳng khung), 2 vật dẫn, 1 nam châm chữ U tạo ra một từ trường đều đủ rộng, 1 cặp dây dẫn. Em hãy thiết kế phương án thí nghiệm để tạo ra dòng điện xoay chiều.

Thảo luận 3: Quan sát Hình 13.4, hãy xác định độ lệch pha của i(t) và u(t).

2. CÁC GIÁ TRỊ HIỆU DỤNG

Thảo luận 4: Nêu ví dụ thực tế chứng tỏ dòng điện xoay chiều cũng có tác dụng nhiệt.

Thảo luận 5: Đồng hồ đo điện đa năng hiện số là thiết bị có thể được sử dụng để đo cường độ dòng điện và điện áp của dòng điện xoay chiều. Số hiển thị trên màn hình khi tiến hành đo thể hiện giá trị nào của dòng điện?

Thảo luận 6: Xét dòng điện xoay chiều đi qua đoạn mạch chỉ chứa điện trở R. Đồ thị điện áp - thời gian và cường độ dòng điện - thời gian được mô tả trong Hình 13.5.

a) Hãy xác định giá trị cực đại, giá trị hiệu dụng, chu kì và tần số của cường độ dòng điện và điện áp.

b) Nhận xét về pha dao động của cường độ dòng điện và điện áp.

Vận dụng: Em hãy sắp xếp đúng thứ tự các bước bên dưới để đo giá trị cường độ dòng điện hiệu dụng chạy qua bóng đèn dây tóc bằng cách sử dụng đồng hồ đo điện đa năng hiện số.

- Mắc nối tiếp đồng hồ với đoạn mạch (có bóng đèn dây tóc và khóa K mở) cần đo cường độ dòng điện.

- Đóng khóa K.

- Chọn thang đo thích hợp.

- Khi các chữ số hiển thị trên màn hình đã ổn định, đọc trị số của cường độ dòng điện.

- Ngắt khóa K và tháo mạch điện.

- Kết thúc thao tác đo, nhấn nút ON/OFF để tắt đồng hồ.

- Tìm hiểu các quy tắc an toàn điện.

- Nhấn nút ON/OFF để bật đồng hồ.

3. ỨNG DỤNG DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU TRONG CUỘC SỐNG

Thảo luận 6: Theo em, để giảm hao phí điện năng trong quá trình truyền tải điện từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ, cần tối thiểu bao nhiêu máy biến áp?

Thảo luận 7: Liệt kê một số đồ dụng sinh hoạt trong gia đình có sự chuyển hóa điện năng chủ yếu thành nhiệt năng hoặc cơ năng.

4. QUY TẮC AN TOÀN ĐIỆN

Thảo luận 8: Quan sát Hình 13.8 và liệt kê những điều nên và không nên làm để đảm bảo an toàn khi sử dụng điện trong gia đình.

Luyện tập: Hãy nêu một số quy tắc an toàn điện trong phòng thí nghiệm

Vận dụng: Tìm hiểu và trình bày một số quy tắc an toàn điện trong sản xuất và kinh doanh.

BÀI TẬP

Câu hỏi 1. Trong các biểu thức dưới đây (trong đó t được đo bằng s), biểu thức nào biểu diễn đúng cường độ dòng điện xoay chiều có chu kì 0,02 s và giá trị hiệu dụng là ?

A. i = cos(100 (A)                         B. i = cos(50 (A)

C. i = cos(100 (A)                           D. i = cos(50 (A)

Câu hỏi 2. Dựa vào Hình 13P.1, hãy cho biết đường nào là đường biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng điện vào thời gian của dòng điện không đổi và dòng điện xoay chiều. Giải thích.

Câu hỏi 3. Xét một mạch tạo sóng với đầu ra được nối với một dao động kí điện tử dùng để hiện thị mối liên hệ giữa cường độ của tín hiệu điện áp theo thời gian. Dựa vào hình ảnh quan sát được trên màn hình của dao động kí điện tử trong Hình 13P.2, hãy xác định tần số của dòng điện xoay chiều được tạo ra bởi mạch tạo sóng âm tần nói trên. Biết mỗi ô trên trục hoành ứng với khoảng thời gian 0,5ms.

Câu hỏi 4. Cường độ dòng điện xoay chiều qua một đoạn mạch có biểu thức i = 3cos( (A), trong đó t được đo bằng s. Biết rằng trong thời gian 0,1 s thì dòng điện tăng từ giá trị 0 A đến 3 A. Hãy tính tần số góc của dòng điện.

PHẦN 2. 5 PHÚT TRẢ LỜI CÂU HỎI, BÀI TẬP TRONG SGK

MỞ ĐẦU

Đáp án CH: Cường độ biến thiên điều hòa theo thời gian.

1. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

Đáp án TL1: Đặt khung dây trong một từ trường 

Đáp án TL2: - Khung dây (1) đặt giữa hai cực của nam châm (2) nên khung dây được đặt trong từ trường.

- Khi trục của khung dây quay thì từ thông qua khung dây biến thiên, do đó trong khung dây xuất hiện suất điện động cảm ứng.

Đáp án LT: Không thể vì từ trường của nam châm thẳng không phải từ trường đều.

Đáp án LT: Bước 1: Đặt khung dây ở giữa hai cực của nam châm chữ U.

Bước 2: Nối 2 vật dẫn và dây dẫn với khung dây.

Bước 3: Cho khung dây quay quanh trục đối xứng.

Bước 4: Quan sát sự xuất hiện của dòng điện trong mạch.

Đáp án TL3:

2. CÁC GIÁ TRỊ HIỆU DỤNG

Đáp án TL4: Dây dẫn có dòng điện chạy qua bị nóng lên, bàn ủi, dòng điện chạy qua dây mayso của bếp điện làm dây mayso nóng đỏ lên,…

Đáp án TL5: Cường độ dòng điện hiệu dụng.

Đáp án TL6: a) * Điện áp:  U_o = 200 (V); U (V); T = 0,02 (s); f = (s^-1)

* Cường độ dòng điện: I_o = (V); I = (V)

b) u và i dao động cùng pha.

Đáp án VD: Bước 1: Tìm hiểu các quy tắc an toàn điện.

Bước 2: Chọn thang đo thích hợp.

Bước 3: Mắc nối tiếp đồng hồ với đoạn mạch (có bóng đèn dây tóc và khóa K mở) cần đo cường độ dòng điện.

Bước 4: Nhấn nút ON/OFF để bật đồng hồ.

Bước 5: Đóng khóa K.

Bươc 6: Khi các chữ số hiển thị trên màn hình đã ổn định, đọc trị số của cường độ dòng điện.

Bước 7: Kết thúc thao tác đo, nhấn nút ON/OFF để tắt đồng hồ.

Bước 8: Ngắt khóa K và tháo mạch điện.

3. ỨNG DỤNG DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU TRONG CUỘC SỐNG

Đáp án TL6: 1 máy tăng thế ở đầu đường dây tải điện và 1 máy hạ thế ở nơi tiêu thụ.

Đáp án TL7: - bàn là, nồi cơm điện, bếp điện,...

- quạt điện, máy bơm nước,...

4. QUY TẮC AN TOÀN ĐIỆN

Đáp án TL8: - Không chạm vào dụng cụ sử dụng điện khi tay ướt

- Không để dây điện lên vậy dễ cháy như bếp gas

- Không nên cho nước vào bàn là đang cắm điện

- Kiểm tra hệ thống mạng điện và bảo trì thiết bị điện định kì

- Tránh sử dụng thiết bị điện khi đang sạc

- Nên rút thiết bị điện khi không sử dụng

Đáp án LT: - Không sử dụng hoặc để các dung môi dễ cháy gần thiết bị điện

- Chỉ sử dụng các dụng cụ và thiết bị có tay cầm không dẫn điện khi làm việc với các thiết bị điện

- Tắt nguồn của bất kỳ thiết bị nào trước khi kiểm tra. 

Đáp án VD: - Người có chuyên môn về điện và đã qua huấn luyện an toàn điện mới được bảo dưỡng, sửa chữa, cải tạo, lắp đặt thiết bị điện.

- Không tự tiện ấn nút hoặc đóng ngắt cầu dao

- Phải ngắt thiết bị ra khỏi nguồn điện trước khi bảo dưỡng, sửa chữa.

- Tại ví trí có dòng điện cao thế phải treo bảng cảnh báo nguy hiểm.

- Tháo đồ kim loại trên người, mặc quần áo khô, đeo găng, mang ủng cách điện, dụng cụ cách điện phù hợp khi việc với thiết bị đang mang điện.

BÀI TẬP

Đáp án CH1: Đáp án C.

Đáp án CH2: - Đường màu đỏ của dòng điện xoay chiều. Bời vì cường độ dòng điện biến thiên điều hòa theo thời gian

- Đường màu xanh của dòng điện không đổi. Bời vì cường độ dòng điện không đổi theo thời gian.

Đáp án CH3: (ms^-1)

Đáp án CH4: (rad/s)