Bài 1: Đặc Trưng Của Dòng Điện Xoay Chiều | Chuyên đề học tập Vật lí 12 | Chuyên Đề 1: Dòng Điện Xoay Chiều - Lớp 12 - Kết Nối Tri Thức Với Cuộc Sống

Trang 5

Tại sao dòng điện truyền từ nhà máy đến nơi tiêu thụ như thế nào, nó có đặc điểm giữ là dòng điện xoay chiều? Dòng điện này được tạo ra

NỘI DUNG

• Đặc trưng của dòng điện xoay chiều

• Đoạn mạch điện xoay chiều RLC

• Máy biến áp

• Chỉnh lưu dòng điện xoay chiều

Trang 6

I. ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CỦA DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

Chúng ta đã biết, khi biểu thức cường độ dòng điện xoay chiều qua một đoạn mạch có dạng:

(A) (1.1)

thì điện áp xoay chiều giữa hai đầu đoạn mạch đó là:

(V) (1.2)

Giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện và điện áp xoay chiều này lần lượt là:

(1.3)

và

(1.4)

Trong đó:

− i (A) và u (V) là giá trị của cường độ dòng điện và điện áp xoay chiều giữa hai đầu đoạn mạch tại thời điểm t, gọi là giá trị tức thời của nó.

−

− ω là tần số góc của dòng điện, đơn vị rad/s.

− và là pha ban đầu của cường độ dòng điện và điện áp xoay chiều, đơn vị rad. Chu kì T (s) và tần số f (Hz) của dòng điện xoay chiều được xác định lần lượt là:

  (1.5)

II. THỰC HÀNH ĐO TẦN SỐ, ĐIỆN ÁP CỦA DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

Hoạt động

Mục đích thí nghiệm: Đo được tần số và điện áp xoay chiều giữa hai đầu điện trở R trong đoạn mạch điện xoay chiều chỉ chứa điện trở R.
Dụng cụ (Hình 1.1): Điện trở R = 10Ω (1), đồng hồ đo điện đa năng (2), bảng lắp mạch điện (3), dây nối (4), máy phát âm tần (máy phát tần số) (5).

Hình 1.1. Dụng cụ thí nghiệm

Trang 7

A. Đo tần số dòng điện xoay chiều

Thiết kế phương án:

- Tìm hiểu các dụng cụ thực hành (chức năng đo tần số của đồng hồ đo điện đa năng).

- Vẽ sơ đồ mạch điện đo tần số dòng điện xoay chiều.

Tiến hành:

- Lắp ráp dụng cụ theo sơ đồ mạch điện đề xuất.

- Đặt tần số đầu ra máy phát âm tần ở 50 Hz.

- Điều chỉnh máy phát âm tần để điện áp đầu ra lần lượt là 1,0 V; 1,5 V; 2,0 V.

- Đọc giá trị tần số dòng điện xoay chiều trên đồng hồ đo điện đa năng và ghi giá trị này vào vở theo mẫu Bảng 1.1.

Bảng 1.1. Bảng minh hoạ giá trị tần số của dòng điện xoay chiều

Chú ý:

Giá trị tần số lấy gần đúng đến 0,01 Hz.

Thực hiện các yêu cầu sau:

1. So sánh tần số dòng điện đo được ở các giá trị điện áp đầu ra khác nhau. Rút ra nhận xét.

2. Tính giá trị trung bình của tần số đo được.

B. Đo điện áp xoay chiều giữa hai đầu điện trở R

Thiết kế phương án:

- Tìm hiểu các dụng cụ thực hành (chức năng đo điện áp xoay chiều của đồng hồ đo điện đa năng).

- Vẽ sơ đồ mạch điện đo điện áp xoay chiều.

Tiến hành:

- Lắp ráp dụng cụ theo sơ đồ mạch điện đề xuất.

- Điều chỉnh máy phát điện áp đầu ra luôn là 2V.

- Thay đổi tần số đầu ra máy phát âm tần lần lượt theo các giá trị: 50 Hz, 75 Hz, 100 Hz.

- Đọc giá trị điện áp xoay chiều trên đồng hồ đo điện đa năng và ghi các giá trị này vào vở theo mẫu Bảng 1.2.

Bảng 1.2. Bảng minh hoạ giá trị điện áp xoay chiều giữa hai đầu điện trở R

1. Giá trị điện áp đo được giữa hai đầu điện trở trong Bảng 1.2 là giá trị cực đại hay giá trị hiệu dụng của điện áp xoay chiều? Giải thích.

2. So sánh các giá trị điện áp đo được giữa hai đầu điện trở R khi thay đổi tần số của dòng điện. Rút ra nhận xét.

3. Tính giá trị trung bình của điện áp đo được giữa hai đầu của điện trở.

Trang 8

Câu hỏi

Nếu thay điện trở R bằng tụ điện (hoặc cuộn dây) thì các giá trị điện áp xoay chiều giữa hai đầu tụ điện (hoặc cuộn dây) có thay đổi theo tần số dòng điện xoay chiều không? Tiến hành thí nghiệm kiểm chứng.

Hoạt động

Sử dụng cảm biến dòng điện và cảm biến điện thế để đo cường độ và điện áp xoay chiều giữa hai đầu điện trở R = 12Ω thu được kết quả như đồ thị Hình 1.2a và Hình 1.2b dưới đây:

a) Đồ thị cường độ dòng điện xoay chiều qua điện trở R theo thời gian

b) Đồ thị điện áp xoay chiều giữa hai đầu điện trở R theo thời gian

Hình 1.2. Đồ thị cường độ dòng điện xoay chiều qua điện trở R (a) và điện áp xoay chiều (b) giữa hai đầu điện trở đó

Từ đồ thị biểu diễn trong Hình 1.2a và Hình 1.2b, hãy thực hiện các yêu cầu sau:

1. So sánh tần số, pha ban đầu của cường độ dòng điện và điện áp xoay chiều.

2. Viết biểu thức cường độ dòng điện và điện áp xoay chiều.

3. Tìm mối liên hệ giữa cường độ dòng điện cực đại và điện áp cực đại với điện trở R.

Rút ra mối liên hệ giữa cường độ dòng điện hiệu dụng và điện áp hiệu dụng giữa hai đầu điện trở. Mối liên hệ này có tuân theo định luật Ohm hay không?

Trang 9

Chú ý:

Nếu tỉ số giữa giá trị hiệu dụng của điện áp ở hai đầu đoạn mạch và của cường độ dòng điện qua đoạn mạch đó mà không đổi thì mối liên hệ giữa I và U tuân theo định luật Ohm như dòng điện không đổi.

Cho dòng điện xoay chiều có i = I_0cos(ωt + φ_i) chạy qua điện trở thuần R. Xét trong khoảng thời gian Δt rất ngắn, coi i là không đổi. Công suất toả nhiệt trên điện trở R là:

(1.7)

Biểu thức (1.7) cho thấy công suất toả nhiệt của dòng điện xoay chiều đạt giá trị cực đại khi:

Giá trị trung bình của  trong một chu kì bằng 0 nên công suất toả nhiệt trung bình là:

(1.9)

Hoạt động

So sánh công suất toả nhiệt trung bình với công suất cực đại của dòng điện xoay chiều hình sin chạy qua điện trở R.

EM ĐÃ HỌC

• Dòng điện xoay chiều qua điện trở R có cường độ và điện áp tức thời luôn cùng pha và tỉ số giữa giá trị hiệu dụng của điện áp và cường độ dòng điện bằng giá trị điện trở.

• Công suất toả nhiệt trung bình của dòng điện xoay chiều hình sin trên điện trở R bằng một nửa công suất cực đại của dòng điện này qua cùng điện trở đó.

• Cách đo điện áp và tần số của dòng điện xoay chiều bằng dụng cụ thực hành.

EM CÓ THỂ

• Xác định được tần số và điện áp xoay chiều sử dụng trong gia đình.

• Xác định được công suất toả nhiệt của dòng điện xoay chiều trên điện trở thuần.