BÀI 4. ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

Mở đầu: Ngày nay, dòng điện xoay chiều được dùng phổ biến trong nghiên cứu khoa học, sản xuất và đời sống. Dòng điện xoay chiều là gì? Làm thế nào để tạo ra dòng điện xoay chiều?

Giải rút gọn:

- Trong đoạn mạch xuất hiện dòng điện có cường độ biến thiên theo thời gian theo định luật dạng sin hay cosin. Dòng điện này được gọi là dòng điện xoay chiều.

- Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều: dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. 

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 từ trường đều có cảm ứng từ (Hình 4.2).

Theo định luật cảm ứng điện từ, trong khung dây xuất hiện một suất điện động cảm ứng xoay chiều. Nếu khung dây kín thì trong khung dây có dòng điện xoay chiều.

I. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU 

Câu 1: Hệ thống điện xoay chiều ở nước ta có tần số bằng bao nhiêu hertz?

Giải rút gọn:

Ở Việt Nam, hệ thống điện xoay chiều thường có tần số là 50 hertz (Hz). Tuy nhiên, cũng có một số quốc gia sử dụng tần số khác như 60 Hz.

Câu 2: Trên một bóng đèn sợi đốt có ghi 220 V-100 W. 220 V là giá trị hiệu dụng hay giá trị tức thời?

Giải rút gọn:

Trên một bóng đèn sợi đốt, thông thường 220V là giá trị điện áp hiệu dụng.

II. PHƯƠNG PHÁP TẠO RA DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

Câu 3: Trên Hình 4.2, khung dây ở vị trí nào thì từ thông qua khung dây có trị số nhỏ nhất, lớn nhất?

Giải rút gọn:

Trong hình a) và c) có mặt phẳng khung dây song song với vecto cảm ứng từ do đó góc hợp bởi của mặt phẳng khung dây hợp với một góc α = 90^o, ta có cosα = 0 nên Φ₁ = Φ₃ = 0 Wb.

Trong hình b) ta thấy   của mặt phẳng khung dây hợp với một góc α = 0^o do đó  Φ₂ = NBS. cosα = NBS.

Từ thông qua khung dây theo hình b) là lớn nhất và hình a) và c) là nhỏ nhất.

Câu 4: Mô hình máy phát điện ở Hình 4.3 hay ở Hình 4.4 có ưu thế hơn khi phát công suất điện lớn? Phân tích một nguyên nhân để chứng minh đánh giá của bạn.

Giải rút gọn:

Mô hình máy phát điện ba pha thường được ưu tiên hơn so với máy phát điện một pha khi phát công suất điện lớn. 

Phân tích một nguyên nhân chính để chứng minh điều này là:

+ Hiệu suất truyền tải năng lượng: Trong hệ thống ba pha, các máy phát điện và các thiết bị tiêu thụ được kết nối theo cấu trúc ba pha, trong đó mỗi pha có cùng một điện áp và chênh lệch 120 độ trong chu kỳ. Điều này cho phép dòng điện được phân phối đều trên các dây dẫn và các thiết bị, giảm thiểu tổn thất năng lượng và tăng hiệu suất truyền tải năng lượng.

Còn có hai nguyên nhân đó là:

+ Giảm kích thước và chi phí của dây dẫn. 

+ Khả năng hoạt động ổn định hơn.

Luyện tập 1: Lấy ví dụ về tác dụng phát sáng, tác dụng nhiệt, tác dụng từ, tác dụng hoá học, tác dụng sinh lí của dòng điện xoay chiều.

Giải rút gọn:

Ví dụ về các tác dụng của dòng điện xoay chiều:

+ Tác dụng phát sáng: bóng đèn và đèn huỳnh quang.

+ Tác dụng nhiệt: ấm điện, dòng điện đi qua dây dẫn điện làm nhiệt các dây này, tạo ra nhiệt độ cao để nấu nướng hoặc làm sưởi ấm.

+ Tác dụng từ: các máy biến đổi, máy phát điện và các thiết bị điện khác mà cần từ trường để hoạt động, chẳng hạn như motor điện.

+ Tác dụng hoá học: Dòng điện xoay chiều được sử dụng trong quá trình điện phân, đây là quá trình quan trọng trong nhiều ứng dụng công nghiệp và xử lý chất thải.

+ Tác dụng sinh lí: Trong y học và vật lý trị liệu, dòng điện xoay chiều có thể được sử dụng để điều trị các vấn đề liên quan đến cơ bắp và thần kinh. 

Luyện tập 2: Tìm hiểu thông tin và thảo luận để nêu được một số ứng dụng của dòng điện xoay chiều trong cuộc sống.

Giải rút gọn:

Ứng dụng của dòng điện xoay chiều trong cuộc sống:

+ Hệ thống điện trong nhà và công nghiệp: cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện gia dụng như tủ lạnh, máy giặt, …và cung cấp nguồn điện cho các thiết bị công nghiệp như máy móc, máy sản xuất và thiết bị điều khiển.

+ Công nghệ thông tin và viễn thông: cung cấp nguồn điện cho các thiết bị điện tử như máy tính, điện thoại, máy in, máy scan và các thiết bị mạng, được sử dụng trong các trạm cơ sở viễn thông và các trạm thu phát sóng để cung cấp điện cho các thiết bị viễn thông.

+ Giao thông và vận tải: Dòng điện xoay chiều được sử dụng trong các hệ thống vận tải công cộng như hệ thống điện đường sắt, hệ thống giao thông cá nhân như xe buýt điện và xe điện, xe máy điện và xe đạp điện.

Câu 5: Biển báo ở hình dưới cảnh báo điều gì?

Giải rút gọn:

Biển báo cảnh báo: cảnh báo nguy hiểm có liên quan đến dòng điện, cần chú ý an toàn.

Luyện tập 3: Thảo luận với bạn về tác dụng của những quy tắc an toàn điện và tác hại nếu không tuân thủ những quy tắc này.

Giải rút gọn:

Tác dụng của những quy tắc an toàn điện và tác hại nếu không tuân thủ chúng:

+ Bảo vệ người làm việc và người tiêu dùng: giúp bảo vệ khỏi nguy cơ điện giật và cháy nổ. Các biện pháp an toàn như đeo đồ bảo hộ, sử dụng thiết bị cách điện, kiểm tra và bảo dưỡng định kỳ các thiết bị điện đều giúp giảm nguy cơ tai nạn.

+ Bảo vệ tài sản và thiết bị điện: giúp bảo vệ tài sản và thiết bị điện khỏi hỏa hoạn và hỏng hóc. Việc sử dụng đúng cách các thiết bị bảo vệ như ổ cắm chống giật điện,…giúp ngăn chặn các sự cố điện không mong muốn.

+ Giảm thiểu rủi ro cho doanh nghiệp và tổ chức: giúp giảm thiểu rủi ro tai nạn lao động và hỏa hoạn trong môi trường làm việc, giúp cho doanh nghiệp và tổ chức tránh được các khoản chi phí đáng kể.

Tác hại khi không tuân thủ những quy tắc an toàn điện: tai nạn điện, hỏa hoạn, thương tích và mất mát về người và tài sản, gây ra những hậu quả lớn cho cộng đồng và xã hội.

Vận dụng: Hiện nay, hệ thống lưới điện xoay chiều được dùng phổ biến trên khắp thế giới. Có ý kiến cho rằng, những phát triển mới trong công nghệ đang làm cho việc biến đổi hiệu điện thế một chiều ở hiệu điện thế thấp thành hiệu điện thế cao ngày càng trở nên dễ dàng hơn. Trong tương lai, việc lấy năng lượng từ Mặt Trời để phát điện sẽ trở thành thông dụng. Khi đó, hệ thống lưới điện một chiều sẽ phát triển và có thể thay thế lưới điện xoay chiều.

Hãy đánh giá ý kiến trên.

Giải rút gọn:

Ý kiến đó có thể đúng ở một số khía cạnh, nhưng việc thay thế hoàn toàn hệ thống lưới điện xoay chiều bằng hệ thống lưới điện một chiều vẫn còn nhiều thách thức và hạn chế.

+ Biến đổi hiệu điện thế từ DC (một chiều) sang AC (xoay chiều): Điều này được thấy rõ trong các hệ thống điện mặt trời, nơi các biến tần được sử dụng để chuyển đổi điện từ các tấm pin mặt trời (DC) thành AC để cung cấp cho lưới điện.

+ Phát triển năng lượng mặt trời và hệ thống lưới điện một chiều đang trở thành nguồn năng lượng được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Hệ thống lưới điện một chiều có thể giúp giảm thiểu tổn thất truyền tải và tối ưu hóa sử dụng nguồn năng lượng tái tạo.

Tuy nhiên, cần phải xem xét các yếu tố sau:

+ Hiệu suất và ổn định của hệ thống lưới điện một chiều.

+ Chi phí đầu tư và hạ tầng sẵn có.