Dòng điện xoay chiều có tần số góc qua đoạn mạch gồm một cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L và một tụ điện có điện dung C nối tiếp.. Điện áp ở hai đầu đoạn mạch sớm pha hơn cường độ [r]
Trang 1ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP MÔN VẬT LÝ LỚP 12 DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU
I/ Đại cương về dòng điện xoay chiều
1 Dòng điện xoay chiều là dòng điện có cường độ biến thiên tuần hoàn với thời gian theo quy luật của
hàm số sin hay côsin, có dạng: i I cos 0 t
Trong đó: + i là cường độ tức thời (A) + I0là cường độ cực đại (A) (I0 > 0)
+ là tần số góc (rad/s) ( 0) và 2 2 f
T
với T là chu kỳ ; f là tần số
+ ( t ) là pha của i và là pha ban đầu
2 Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.
Xét một cuộn dây dẫn dẹt hình tròn, hai đầu dây khép kín, quay đều xung quanh một trục cốđịnh đồng phẳng với cuộn dây, đặt trong một từ trường đều B
có phương vuông góc với trục quay Từthông qua cuộn dây sẽ là NBScos t 0
Trong đó N là số vòng dây, B là cảm ứng từ (T), S là diện tích mỗi vòng (m2), là tốc độ góc củacuộn dây (rad/s), 0 là góc hợp bởi B và vectơ pháp tuyến n của mặt phẳng chứa cuộn dây ở thờiđiểm ban đầu (rad) và là từ thông (Wb)
Từ thông qua cuộn dây biến thiên, trong cuộn dây xuất hiện suất điện động cảm ứng
nó tạo ra dòng điện xoay chiều có dạng i I cos o t 0
3 Cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều là đại lượng có 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 trong R bởi dòng điệnkhông đổi ấy bằng công suất trung bình tiêu thụ trong R bởi dòng điện xoay chiều nói trên I0
I2
Với I0 là cường độ cực đại (A) và I là cường độ hiệu dụng (A).
+ Ngoài ra điện áp (hiệu điện thế xoay chiều), suất điện động, cường độ điện trường, điện tích, … cũng
có các giá trị hiệu dụng tương ứng Giá trị hiệu dụng bằng giá trị cực đại chia cho 2
U0
U2
Với U là điện áp hiệu dụng (V) và U0là điện áp cực đại (V).
E0
E2
Với E là suất điện động hiệu dụng (V) và E0là suất điện động cực đại (V).
+ Các thiết bị đo đối với mạch điện xoay chiều chủ yếu cũng là đo giá trị hiệu dụng
II/ Các mạch điện xoay chiều
1. Nếu dòng điện trong mạch là i I cos t 0 thì điện áp giữa hai đầu mạch có dạng
0
u U cos t Trong đó được gọi là độ lệch pha giữa u và i
+ Nếu > 0 thì u sớm pha hơn i một góc
+ Nếu < 0 thì u trễ pha hơn i một góc
+ Nếu = 0 thì u cùng pha với i
2 Mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở R
+ Nếu u U 2cos t thì i U 2cos t I 2cos t
R
Trong đó R là điện trở ()
+ Nếu i I 2cos t thì u IR 2cos t U 2cos t
+ Cường độ dòng điện qua điện trở cùng pha với điện áp ở hai đầu điện trở.
Trang 2+ Định luật Ôm I U
R
Với U là điện áp hiệu dụng giữa hai đầu mạch (V) U0
U2
3 Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện C
+ Nếu u U 2cos t thì i U C 2cos t I 2cos t
Trong đó C
1Z
C
gọi là dung kháng ()
4 Mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần L
+ Nếu u U 2cos t thì i U 2cos t I 2cos t
Trong đó ZL L gọi là cảm kháng ()
5 Mạch điện xoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp
+ Nếu u U 2cos t thì i U 2cos t I 2cos t
Z
+ Nếu i I 2cos t thì u IZ 2cos t U 2cos t
+ Trong đó Z được gọi là tổng trở của mạch () 2 2
Z R Z Z+ Độ lệch pha được tính bởi ZL ZC
Đơn vị của là rad
Nếu ZL ZC thì 0, mạch có tính cảm kháng, u sớm pha hơn i
Nếu ZL ZC thì 0, mạch có tính dung kháng, u trễ pha hơn i
Nếu ZL ZC thì 0, mạch có cộng hưởng, u cùng pha hơn i
+ Hiện tượng cộng hưởng trong đoạn mạch R, L, C mắc nối tiếp: Trong đoạn mạch R, L, C mắc
nối tiếp Nếu ZL = ZC hay 1
Trang 3+ Lưu ý: Nếu mạch điện không có R thì có thể xem như R = 0 ; không có C thì xem như ZC 0 ;không có L thì xem như ZL 0
III/ Công suất điện tiêu thụ của mạch điện xoay chiều
1 Công suất: P UIcos Đơn vị công suất là oát (W)
+ Mạch điện chỉ có R hoặc mạch xảy ra cộng hưởng thì = 0 Công suất
2
UUIR
3 Điện năng tiêu thụ W = t = UIcos tP Đơn vị điện năng là Jun (J) (1 kJ = 3
10 J)Ngoài ra điện năng thường dùng đơn vị là kW.h (1 kW.h = 3 600 000 (J) = 6
3,6.10 J)
IV/ Truyền tải điện năng Máy biến áp
1 Truyền tải điện năng
+ Công suất hao phí trên đường dây tải điện:
P P Muốn giảm Phpta phải tăng
điện áp U trước khi truyền tải Việc làm này dễ thực hiện nhờ máy biến áp
2 Máy biến áp là thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều (không làm thay đổi tần số dòng điện)
+ Cấu tạo: Gồm lõi biến áp (khung sắt non có pha silic) và hai cuộn dây có điện trở nhỏ, độ tự cảm lớnquấn trên hai cạnh của khung Cuộn có N1 vòng được nối với nguồn xoay chiều gọi là cuộn sơ cấp.Cuộn có N2 vòng nối với tải tiêu thụ gọi là cuộn thứ cấp
+ Nguyên tắc hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ
+ Khi cuộn thứ cấp để hở (chế độ không tải), ta có 2 2
U N Với U1 và U2 là điện áp hiệu dụng giữa
hai đầu cuộn sơ cấp và thứ cấp Nếu 2
1
N1
N : Máy tăng áp Nếu
2 1
N1
V/ Máy phát điện xoay chiều
1 Máy phát điện xoay chiều một pha hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ Gồm:
+ Phần cảm: Tạo ra từ thông biến thiên bằng cách cho nam châm quay Nam châm gồm p cực bắc và pcực nam mắc xen kẽ nhau, gắn trên một vành tròn, quay với tốc độ n vòng/giây, gọi là rôto.+ Phần ứng: Tạo ra dòng điện, gồm nhiều cuộn dây giống nhau cố định trên một vòng tròn, gọi là
Trang 4stato Khi rôto quay, từ thông qua mỗi cuộn dây của stato biến thiên , làm xuất hiện suất điện độngxoay chiều hình sin với tần số f p.n
2 Máy phát điện xoay chiều ba pha hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ Gồm:
+ Ba cuộn dây hình trụ giống nhau gắn cố định trên một đường tròn lệch nhau 120º (stato)
+ Một nam châm NS quay quanh trục O với tốc độ góc ω không đổi (rôto)
Khi nam châm quay, từ thông qua các cuộn dây biến thiên, trong các cuộn dây xuất hiện ba suất điệnđộng xoay chiều cùng tần số, cùng biên độ và lệch pha nhau 2
3
3 Cách mắc mạch ba pha: Máy phát ba pha được nối với ba mạch tiêu thụ điện năng thường giống
nhau, gọi là tải đối xứng Các tải được mắc với nhau theo hai cách:
+ Mắc hình sao, gồm ba dây pha và một dây trung hòa
+ Mắc hình tam giác, gồm ba dây pha không có dây trung hòa
Điện áp giữa hai đầu mỗi cuộn dây của máy phát gọi là điện áp pha (Upha) Điện áp giữa hai dây phagọi là điện áp dây (Udây) Udây 3 Upha
4 Dòng ba pha là hệ ba dòng điện xoay chiều hình sin có cùng tần số, nhưng lệch pha nhau 2
3
Khicác tải đối xứng thì ba dòng điện này sẽ có cùng biên độ
5 Những ưu việt của dòng ba pha:
+ Khi truyền tải đi xa tiết kiệm được dây dẫn
+ Cung cấp điện cho các động cơ ba pha
VI/ Động cơ không đồng bộ ba pha
1 Nguyên tắc hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ Khung dây dẫn đặt trong từ trường quay
sẽ quay theo từ trường đó, với tốc độ quay nhỏ hơn tốc độ quay của từ trường Động cơ hoạt động theonguyên tắc này gọi là động cơ không đồng bộ
2 Cấu tạo của động cơ không đồng bộ ba pha gồm hai bộ phận chính rôto và stato.
+ Rôto là khung dây dẫn có thể quay dưới tác dụng của từ trường quay
+ Stato tạo nên từ trường quay, gồm ba cuộn dây giống nhau, đặt lệch nhau 120º trên một vòngtròn
Khi cho dòng điện ba pha đi vào ba cuộn dây ấy, thì từ trường tổng cộng do ba cuộn dây tạo ra sẽ là từtrường quay, với tần số quay bằng tần số của dòng điện Rôto lồng sóc nằm trong từ trường quay, sẽ bịquay theo với tốc độ nhỏ hơn tốc độ quay của từ trường Chuyển động quay của rôto được sử dụng đểlàm quay các máy khác
Trang 5C©u hái vµ bµi tËp
Một đoạn mạch gồm một điện trở thuần mắc nối tiếp với một tụ diện Biết điện áp hiệu dụng ở hai đầu đoạn
mạch là 100 V, ở hai đầu điện trở là 60 V Điện áp hiệu dụng ở hai đầu tụ điện là
1 Khi nói về dòng điện xoay chiều i I cos o t , điều nào sau đây là sai?
A Dòng điện xoay chiều là dòng điện có cường độ là hàm số sin hay cosin của thời gian
B Đại lượng Io
I2
gọi là giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện xoay chiều
C Tần số và chu kỳ của dòng điện được xác định bởi f
D t là pha của dòng điện ở thời điểm ban đầu
2 Phát biểu nào sau đây là đúng?
A Trong mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở thuần, cường độ tức thời trong mạch luôn có pha ban đầu bằng không
B Trong mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện, điện áp giữa hai đầu mạch trễ pha
2
so với dòng điện trong mạch
C Trong mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần, điện áp giữa hai đầu mạch trễ pha
2
so với dòng điện trong mạch
D Khi tần số của dòng điện qua tụ điện tăng thì dung kháng của tụ điện tăng
3 Điện áp giữa hai đầu một tụ điện là u 200 2cos100 t V , cường độ dòng điện qua tụ điệnI 2 A Điện dung của tụ điện có giá trị là
A tổng trở của đoạn mạch bằng không B cảm kháng nhỏ hơn dung kháng
C hệ số công suất của đoạn mạch bằng không D có hiện tượng cộng hưởng điện
6 Cho đoạn mạch AB gồm điện trở thuần R 50 3 , cuộn cảm thuần có độ tự cảm L 0,318 H và tụđiện có điện dung C 63,6 F mắc nối tiếp Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp
Trang 68 Giữa hai đầu một đoạn mạch điện xoay chiều có điện áp u 220 2cos 100 t V
C Tần số dòng điện là f 100 Hz D Tổng trở của đoạn mạch Z 110
9 Một điện trở R mắc nối tiếp với cuộn cảm thuần có độ tự cảm L Dòng điện qua R là i I cos t o Điện
áp giữa hai đầu cuộn cảm là
11 Đặt vào hai đầu tụ điện có điện dung C một điện áp u U 2cos t
Điều nào sau đây là không đúng?
A Dung kháng của tụ điện C
12 Dòng điện xoay chiều i I cos t o chạy qua một cuộn cảm thuần có độ tự cảm L
Điều nào sau đây là đúng?
A Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn cảm ULI o
A nhỏ khi chu kỳ của dòng điện lớn B nhỏ khi chu kỳ của dòng điện nhỏ
C lớn khi chu kỳ của dòng điện lớn D không phụ thuộc chu kỳ của dòng điện
14 Phát biểu nào sau đây sai với mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện có điện dung C, tần số dòng điện là
Trang 715 Đặt vào hai đầu đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp một điện áp u U coso t
16 Có thể làm giảm cảm kháng của một cuộn cảm bằng cách
A giảm tần số của điện áp đặt vào hai đầu cuộn cảm B tăng hệ số tự cảm của cuộn cảm
C tăng cường độ dòng điện qua cuộn cảm D giảm điện áp giữa hai đầu cuộn cảm
17 Dòng điện xoay chiều trong đoạn mạch chỉ có điện trở thuần
A cùng tần số và cùng pha với điện áp ở hai đầu đoạn mạch
B cùng tần số với điện áp ở hai đầu đoạn mạch và có pha ban đầu luôn bằng 0
C có giá trị hiệu dụng tỉ lệ thuận với điện trở của mạch
D luôn lệch pha
2
so với điện áp ở hai đầu đoạn mạch
18 Phát biểu nào sau đây sai khi nói về mạch điện xoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp đang xảy ra hiện
tượng cộng hưởng điện ?
A Cường độ dòng điện qua mạch cùng pha với điện áp ở hai đầu đoạn mạch
B Cường độ hiệu dụng trong mạch có giá trị không phụ thuộc vào điện trở R
C Điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn cảm thuần và tụ điện có giá trị bằng nhau
D Cường độ hiệu dụng của dòng điện qua mạch có giá trị cực đại
19 Khi đặt điện áp u U cos t o vào hai đầu đoạn mạch R, L, C mắc nối tiếp thì điện áp hiệu dụng giữa hai đầu điện trở, hai đầu cuộn cảm thuần và hai bản tụ điện lần lượt là 40 V, 90 V và 120 V Giá trị của Uo bằng
20 Đặt điện áp u U 2cos t vào hai đầu đoạn mạch chỉ có cuộn cảm thuần L thì cường độ dòng điện
tức thời chạy trong mạch là i Phát biểu nào sau đây là đúng?
A Dòng điện i luôn cùng pha với điện áp u
B Dòng điện i luôn ngược pha với điện áp u
C Ở cùng thời điểm, điện áp u chậm pha
21 Trong mạch điện xoay chiều, điện năng không tiêu thụ trên
A cuộn cảm thuần B điện trở C nguồn điện D động cơ điện
22 Có thể làm tăng cảm kháng của một cuộn dây bằng cách
A tăng chu kỳ của điện áp đặt vào hai đầu cuộn dây B tăng hệ số tự cảm của cuộn dây
C giảm cường độ dòng điện qua cuộn dây D tăng điện áp giữa hai đầu cuộn dây
23 Mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp, L là cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm thay đổi được Điện
trở thuần R 100 Điện áp hai đầu mạch u 200cos100 t V Khi thay đổi hệ số tự cảm của cuộn cảm thì cường độ dòng điện hiệu dụng có giá trị cực đại là
Chọn phát biểu sai khi nói về i
A Tại thời điểm t = 0,015 s cường độ dòng điện cực đại B Pha ban đầu bằng
2
C Tần số dòng điện là 50 HZ D Cường độ hiệu dụng bằng 2 A
Trang 825 Đặt vào hai đầu đoạn mạch RLC mắc nối tiếp một điện áp u 220 2cos t V Biết điện trở thuần của mạch là R 100 Khi thay đổi thì công suất tiêu thụ cực đại của mạch là
26 Phát biểu nào sau đây là không đúng?
A Trong đoạn mạch xoay chiều chỉ có tụ điện, dòng điện sớm pha
D Trong đoạn mạch xoay chiều chỉ có điện trở thuần thì dòng điện luôn cùng pha với điện áp
27 Trong các dụng cụ tiêu thụ điện như quạt, tủ lạnh, động cơ người ta nâng cao hệ số công suất nhằm
A giảm cường độ dòng điện B tăng cường độ dòng điện
C tăng công suất tỏa nhiệt D giảm công suất tiêu thụ
28 Đặt một điện áp u 220 2cos t V vào hai đầu đoạn mạch RLC không phân nhánh có R 110 Khi hệ số công suất của đoạn mạch lớn nhất thì công suất tiêu thụ của đoạn mạch là
29 Phát biểu nào sau đây là không đúng?
Trong mạch điện xoay chiều không phân nhánh khi điện dung của tụ điện thay đổi và thỏa điều kiện
A điện áp hiệu dụng giữa hai đầu điện trở thuần đạt cực đại
B điện áp hiệu dụng giữa hai đầu tụ điện và cuộn cảm thuần bằng nhau
C tổng trở của mạch có giá trị lớn nhất
D điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn cảm thuần đạt cực đại
30 Câu nào sau đây nói về máy biến áp là sai?
A Trong máy biến áp, cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp có số vòng dây khác nhau
B Máy biến áp có thể biến đổi điện áp đã cho thành điện áp thích hợp với nhu cầu sử dụng
C Máy biến áp có vai trò lớn trong việc truyền tải điện năng đi xa
D Máy biến áp có thể biến đổi điện áp của dòng điện không đổi
31 Cho đoạn mạch xoay chiều AB gồm điện trở R 100 , tụ điện
Trang 933 Điện áp giữa hai đầu đoạn mạch điện xoay chiều là u 100 2cos 100 t V
2
đối với i
C cùng pha với i D sớm pha hay trễ pha so với i tùy theo giá trị điện dung C
35 Dòng điện xoay chiều i 2cos 100 t A chạy qua cuộn cảm thuần có độ tự cảm L 0,318 H Điện áp giữa hai đầu cuộn cảm sẽ là
A trong đoạn mạch xảy ra hiện tượng cộng hưởng điện
B công suất của đoạn mạch đạt cực đại
C điện trở thuần bằng cảm kháng
D điện trở thuần bằng dung kháng
37 Đoạn mạch điện xoay chiều RLC có R 100 ; cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm
38 Dung kháng của tụ điện
A tỉ lệ thuận với tần số của dòng điện qua nó B tỉ lệ thuận với điện dung của tụ
C tỉ lệ nghịch với cường dộ dòng điện qua nó D tỉ lệ thuận với chu kỳ của dòng điện qua nó
39 Đoạn mạch xoay chiều RLC mắc nối tiếp Khi điện áp hiệu dụng ở hai đầu điện trở thuần UR 120 V,điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn cảm thuần UL 100 V, điện áp hiệu dụng ở hai đầu tụ điện
Trang 1042 Một máy biến áp lý tưởng, cuộn thứ cấp có 120 vòng dây mắc vào điện trở thuần R 110 , cuộn sơ cấp có 2400 vòng dây mắc với nguồn xoay chiều có điện áp 220 V Cường độ dòng điện qua điện trở là
45 Hệ số công suất của các thiết bị điện dùng dòng điện xoay chiều
A cần có trị số lớn để ít hao phí điện năng do tỏa nhiệt
B cần có trị số nhỏ để tiêu thụ ít điện năng
C cần có trị số lớn để tiêu thụ ít điện năng
D không ảnh hưởng gì đến sự tiêu hao điện năng
46 Trong một máy biến áp, số vòng dây và cường độ dòng điện trong cuộn sơ cấp và thứ cấp là N ;I1 1 và
47 Dòng điện xoay chiều có tần số góc qua đoạn mạch gồm một cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L
và một tụ điện có điện dung C nối tiếp Điện áp ở hai đầu đoạn mạch sớm pha hơn cường độ dòng điệntrong mạch, vậy ta có thể kết luận
A LC 1 B LC 2 1 C LC 1 D LC 2 1
48 Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu một pha của một máy phát điện xoay chiều ba pha là 220 V Trong
cách mắc hình sao,điện áp hiệu dụng giữa hai dây pha là
49 Nhận xét nào sau đây về máy biến áp là không đúng?
A Máy biến áp có thể tăng điện áp B Máy biến áp có thể giảm điện áp
C Máy biến áp có thể thay đổi tần số dòng điện xoay chiều
D Máy biến áp có tác dụng biến đổi cường độ dòng điện
50 Một máy biến áp có số vòng cuộn sơ cấp là 2200 vòng Mắc cuộn sơ cấp vào mạng điện xoay chiều
220 V – 50 Hz, khi đó điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn thứ cấp để hở là 6 V Số vòng dây của cuộn thứ cấp là
51 Một máy biến áp có số vòng dây ở cuộn sơ cấp là 3000 vòng, ở cuộn thứ cấp là 500 vòng, được mắc
vào mạng điện xoay chiều tần số 50 Hz, khi đó cường độ dòng điện qua cuộn thứ cấp là 12 A Cường
độ dòng điện trong cuộn sơ cấp là
Trang 1155 Phát biểu nào sau đây sai khi nói về mạch RLC đang xảy ra hiện tượng cộng hưởng điện?
A Cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch có giá trị không phụ thuộc vào điện trở R
B Điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn thuần cảm và tụ điện có giá trị bằng nhau
C Cường độ hiệu dụng của dòng điện qua mạch có giá trị cực đại
D Cường độ dòng điện qua mạch cùng pha với điện áp giữa hai đầu đoạn mạch
56 Mắc điện áp u 200 2 sin100 t V vào hai đầu một đoạn mạch gồm tụ điện có điện dung
4
10F
nối tiếp với điện trở thuần 100 Biểu thức cường độ dòng điện qua mạch là
57 Một đoạn mạch gồm cuộn cảm thuần có độ tự cảm L1 H
, mắc nối tiếp với điện trở thuần
so với cường độ dòng điện
C Điện áp giữa hai đầu đoạn mạch sớm pha hay trễ pha so với cường độ dòng điện tùy thuộc vào thời điểm ta xét