Giáo án điện tử chuyên đề Vật lí 12 cánh diều Bài 2: Máy biến áp và chỉnh lưu dòng điện xoay chiều

CHÀO MỪNG CÁC EM

QUAY TRỞ LẠI VỚI MÔN HỌC!

KHỞI ĐỘNG

Để truyền tải năng lượng điện đi xa, người ta phải tăng điện áp trước khi truyền. Đến nơi tiêu thụ, phải hạ điện áp để phù hợp với điện áp của các thiết bị trong sản xuất và đời sống.

Đường dây truyền tải điện 500kV Bắc - Nam (Việt Nam)

Vì sao phải làm như vậy, thiết bị nào có thể thực hiện được điều đó?

Cần phải tăng điện áp hoặc hạ điện áp tuỳ vào mục đích sử dụng, để phù hợp với các thiết bị sử dụng điện.

Máy biến áp giúp tăng, giảm điện áp theo nhu cầu sử dụng.

BÀI 2: MÁY BIẾN ÁP VÀ CHỈNH LƯU DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

NỘI DUNG BÀI HỌC

01

Truyền tải năng lượng điện

02

Máy biến áp

03

Diode bán dẫn và chỉnh lưu dòng xoay chiều

TRUYỀN TẢI NĂNG LƯỢNG ĐIỆN

Từ các nhà máy điện, năng lượng điện được truyền đến nơi sử dụng bằng các đường dây tải điện.

Nhà máy điện

Nơi tiêu thụ

CÔNG SUẤT HAO PHÍ DO TỎA NHIỆT TRÊN ĐƯỜNG DÂY:

Trong đó:

• r là điện trở của đường dây tải điện.
• phát là công suất truyền đi.
• Ud là điện áp hiệu dụng đặt vào hai đầu đường dây truyền tải điện.

HOẠT ĐỘNG CẶP ĐÔI

Vì sao muốn giảm điện trở r của dây dẫn điện, phải tăng tiết diện dây?

Câu hỏi 1 (SGK - tr.14)

Vì r tỉ lệ nghịch với tiết diện dây theo công thức:

Nêu và phân tích một số biện pháp giảm hao phí năng lượng điện khi truyền điện đi xa.

Câu hỏi 2 (SGK - tr.14)

Gợi ý

• Từ biểu thức tính r, theo lí thuyết có thể giảm ρ và tăng S (do không đổi vì khoảng cách từ nhà máy sản xuất đến nơi tiêu thụ điện là không đổi). Đây đều là các cách không hiệu quả về kinh tế.
• r giảm n lần thì giúp giảm hao phí n lần.
• Nếu tăng U lên n lần thì giúp giảm hao phí n2 lần.

CÁCH GIẢM CÔNG SUẤT HAO PHÍ TRÊN ĐƯỜNG DÂY:

Thay dây có điện trở suất nhỏ hơn

Tăng tiết diện, khối lượng dây dẫn…

Sử dụng máy biến áp

Cách 1

Giảm điện trở r của đường dây truyền tải

Cách 2

Tăng điện áp U khi truyền đi và giảm điện áp khi đến nơi tiêu thụ

Hạn chế, không hiệu quả kinh tế

Mang lại hiệu quả rõ rệt

MÁY BIẾN ÁP

1. Cấu tạo và nguyên lí hoạt động

Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lí và cấu tạo máy biến áp

Hình 2.2. Kí hiệu máy biến áp trong mạch điện

Tìm hiểu cấu tạo của một máy biến áp và giải thích vì sao lõi của máy biến áp thường làm bằng các lá sắt hoặc thép pha silicon, ghép cách điện với nhau.

Thảo luận 3 (SGK - tr.15)

Các lá sắt/thép

HOẠT ĐỘNG CẶP ĐÔI

Máy biến áp là thiết bị hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi điện áp xoay chiều.

KHÁI NIỆM

U1

U2

N1

N2

Cấu tạo máy biến áp:

Gồm hai cuộn dây dẫn điện có số vòng khác nhau cùng quấn trên một lõi sắt kín.

Cuộn dây thứ nhất có N1 vòng được nối với nguồn điện xoay chiều, gọi là cuộn sơ cấp.

Cuộn dây thứ hai có N2 vòng được nối với một mạch tiêu thụ điện, gọi là cuộn thứ cấp.

Lõi của máy thường được làm bằng các lá sắt hoặc thép pha silicon ghép cách điện với nhau.

Các cuộn dây dẫn thường được làm bằng đồng, cách điện với nhau và cách điện với lõi sắt.

Lõi sắt pha silicon được tạo bởi nhiều lá mỏng ghép cách điện với nhau nhằm hạn chế dòng điện Foucault, hạn chế hao phí năng lượng điện.

HOẠT ĐỘNG CẶP ĐÔI

Vì sao từ thông ở cuộn dây B lại thay đổi khi đóng hoặc ngắt khóa K (hình 2.3)?

Thảo luận 4 (SGK - tr.16)

Hình 2.3. Hai cuộn dây dẫn được cuốn trên cùng một lõi sắt

Hình 2.3. Hai cuộn dây dẫn được cuốn trên cùng một lõi sắt

Khi đóng hoặc mở khóa K, cường độ dòng điện trong cuộn A thay đổi, làm từ thông biến thiên. Nhờ lõi sắt, cuộn B nhận được từ thông biến thiên từ cuộn A.

Tỉ số các điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn thứ cấp và hai đầu cuộn sơ cấp luôn bằng tỉ số các số vòng dây của cuộn đó.

GHI NHỚ

Nếu N2 > N1 thì U2 > U1:

Nếu N2 < N1 thì U2 < U1:

Máy tăng áp

Máy hạ áp

Điều kiện của máy tăng áp và máy hạ áp

2. Ưu điểm của dòng điện xoay chiều và máy biến áp trong truyền tải năng lượng điện

Hình 2.4. Sơ đồ minh họa hệ thống truyền tải năng lượng điện từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ

Nêu vai trò của máy tăng áp, máy hạ áp trên đường truyền tải năng lượng điện.

Khi truyền tải điện, năng lượng hao phí do toả nhiệt trên đường dây phụ thuộc vào độ lớn của điện áp truyền đi. Nhờ máy biến áp, có thể dễ dàng làm tăng hoặc giảm điện áp trong quá trình truyền tải năng lượng điện, giúp giảm hao phí năng lượng điện khi truyền đi xa.

GHI NHỚ

Dùng máy tăng áp ở đầu đường dây truyền tải

Dùng máy hạ áp ở nơi tiêu thụ điện

Nêu cơ sở khoa học chứng tỏ ưu điểm của dòng điện xoay chiều và máy biến áp trong truyền tải năng lượng điện.

Luyện tập 1 (SGK - tr.16)

Ưu điểm của dòng xoay chiều là dễ chế tạo, dễ tăng/ giảm điện áp bằng máy biến áp.

Nhờ tăng áp sẽ giảm hao phí do tỏa nhiệt hiệu quả hơn.

III.

DIODE BÁN DẪN

VÀ CHỈNH LƯU DÒNG XOAY CHIỀU

1. Mối liên hệ giữa cường độ dòng điện và điện áp giữa

hai cực của diode

• Diode bán dẫn là linh kiện bán dẫn cho dòng điện đi qua theo một chiều.
• Cấu tạo của diode bán dẫn có hai cực là anode (A) và cathode (K).

Giới thiệu diode bán dẫn:

Video tìm hiểu cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của diode

Khi diode cho dòng điện đi qua theo chiều thuận, ta nói diode phân cực thuận. Dòng điện khi đó được gọi là dòng điện thuận.

Cường độ dòng điện qua diode theo chiều ngược lại hầu như không đáng kể. Trong trường hợp này, ta nói diode phân cực ngược.

Hình 2.5. Đặc tuyến vôn-ampe của diode bán dẫn

Hình 2.5 biểu diễn

mối liên hệ của cường độ dòng điện với điện áp giữa hai cực của diode.

Gợi ý

Điện trở của diode có mối liên hệ như thế nào với sự phân cực của diode?

Câu hỏi 5 (SGK - tr.17)

Khi phân cực thuận, điện trở của diode rất nhỏ.

Khi phân cực ngược, điện trở của diode vô cùng lớn.

Dựa trên các dụng cụ ở trường của mình, hãy thiết kế phương án thí nghiệm và thực hiện phương án đo được hiệu điện thế và cường độ dòng điện qua diode bán dẫn. Từ kết quả thí nghiệm, hãy vẽ đặc tuyến vôn-ampe của diode bán dẫn.

Câu hỏi 6 (SGK - tr.18)

--------------- Còn tiếp ---------------