Đáp án Vật lí 12 cánh diều Chủ đề 3 Bài 4: Đại cương về dòng điện xoay chiều

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?

Hướng dẫn chi tiết:

* Khái niệm: Dòng điện xoay chiều là dòng điện trong đoạn mạch xuất hiện dòng điện có cường độ biến thiên theo thời gian theo định luật dạng sin hay cosin. 

* Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi từ thông qua một khung dây dẫn biến thiên điều hoà, trong khung dây xuất hiện một suất điện động cảm ứng cũng biến thiên điều hoà. 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 4.1). Theo định luật cảm ứng điện từ, trong khung dây xuất hiện một suất điện động cảm ứng xoay chiều.

* Có hai cách tạo ra suất điện động xoay chiều thường dùng trong máy phát điện:

- Từ trường cố định, các cuộn dây của máy phát quay trong từ trường

- Từ trường quay, các cuộn dây của máy phát được đặt cố định.

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?

Hướng dẫn chi tiết:

Ở Việt Nam, hệ thống điện xoay chiều thường có tần số là 50 hertz (Hz). Điều này có nghĩa là dòng điện xoay chiều thay đổi hướng 50 lần mỗi giây. 

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?

Hướng dẫn chi tiết:

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

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?

Hướng dẫn chi tiết:

Hình a): mặt phẳng khung dây song songvới vecto cảm ứng từ do đó góc hợp bởi vecto pháp tuyến của mặt phẳng khung dây hợp với một góc α = 90^o, theo công thức chính để tính từ thông là Φ = NBS. cosα ta có cosα = 0 nên Φ₁ = 0 Wb 

Hình b): vecto pháp tuyến của mặt phẳng khung dây hợp với một góc α = 0^o do đó  Φ₂ = NBS. cosα = NBS.

Hình c): mặt phẳng khung dây song songvới vecto cảm ứng từ do đó góc hợp bởi vecto pháp tuyến của mặt phẳng khung dây hợp với một góc α = 90^o, theo công thức chính để tính từ thông là Φ = NBS. cosα ta có cosα = 0 nên Φ₃ = 0 Wb

 Do đó, 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.

Hướng dẫn chi tiết:

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. Các nguyên nhân chính để chứng minh điều này là: 

+ Giảm hao tổn điện trên đường dây: Máy phát điện ba pha có thể truyền tải cùng một công suất điện với điện áp cao hơn so với máy phát điện một pha, dẫn đến

giảm tổn hao điện trên đường dây dẫn.

+ Giảm kích thước và chi phí của dây dẫn: Máy phát điện ba pha chỉ cần ba dây dẫn để truyền tải cùng một công suất điện mà máy phát điện một pha cần bốn dây dẫn, giúp tiết kiệm chi phí lắp đặt và vận hành.

+ Khả năng hoạt động ổn định hơn: Hệ thống ba pha cung cấp khả năng hoạt động ổn định hơn trong việc chuyển đổi và phân phối năng lượng. Các biến đổi của dòng điện ở mỗi pha là tuần hoàn và tương phản, giúp làm giảm những hiện tượng nhiễu và đảm bảo ổn định trong hệ thống điện.

+ Khả năng ứng dụng rộng rãi, phù hợp cho hệ thống điện lớn: Máy phát điện ba pha được sử dụng phổ biến trong các nhà máy điện, hệ thống điện lưới quốc gia và các ứng dụng công nghiệp lớn

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.

Hướng dẫn chi tiết:

Dòng điện xoay chiều (AC) có nhiều ứng dụng khác nhau, cung cấp năng lượng để thực hiện nhiều tác dụng khác nhau. Dưới đây là một số ví dụ về các tác dụng của dòng điện xoay chiều:

+ Tác dụng phát sáng: bóng đèn sợi đốt (dòng điện xoay chiều chạy qua dây tóc làm cho dây tóc nóng lên và phát sáng); đèn huỳnh quang (Dòng điện xoay chiều kích thích khí trong ống huỳnh quang, tạo ra ánh sáng); đèn LED (Dòng điện xoay chiều kích thích chip LED, tạo ra ánh sáng).

+ Tác dụng nhiệt: Bàn là (Dòng điện xoay chiều chạy qua dây dẫn điện trong bàn là làm cho dây dẫn nóng lên, tỏa nhiệt để làm phẳng quần áo); lò sưởi điện (Dòng điện xoay chiều chạy qua các thanh điện trở trong lò sưởi làm cho các thanh điện trở nóng lên, tỏa nhiệt để sưởi ấm căn phòng); bình nước nóng (Dòng điện xoay chiều chạy qua thanh đốt trong bình nước nóng làm cho thanh đốt nóng lên, đun sôi nước)

+ Tác dụng từ: động cơ điện (Dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn dây tạo ra từ trường quay, tương tác với từ trường của rôto, làm cho rôto quay); loa điện (Dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn dây tạo ra từ trường biến thiên, tác dụng lên màng loa, làm cho màng loa rung động và phát ra âm thanh); máy biến áp (Dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn dây sơ cấp tạo ra từ trường biến thiên, cảm ứng từ trường trong cuộn dây thứ cấp, tạo ra điện áp ở cuộn dây thứ cấp).

+ Tác dụng hoá học: mạ kim loại (Dòng điện xoay chiều được sử dụng để mạ một lớp kim loại mỏng lên bề mặt vật liệu khác); điện phân (Dòng điện xoay chiều được sử dụng để phân tách một hợp chất thành các nguyên tố hóa học).

+ Tác dụng sinh lí:Các thiết bị như máy điện châm có thể sử dụng dòng điện xoay chiều để kích thích cơ bắp và cải thiện sự lưu thông máu; máy khử rung tim (Dòng điện xoay chiều được sử dụng để làm cho tim hoạt động trở lại bình thường trong trường hợp nhịp tim ngừng đột ngột).

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.

Hướng dẫn chi tiết:

Dưới đây là một số ứng dụng của dòng điện xoay chiều trong cuộc sống:

+ Hệ thống điện trong nhà và công nghiệp: Cung cấp điện năng cho các thiết bị điện như đèn, quạt, máy lạnh, tivi, máy giặt; Cung cấp năng lượng cho các động cơ điện, máy móc, thiết bị sản xuất…

+ Công nghệ thông tin và viễn thông: Truyền tải tín hiệu điện thoại, internet, truyền hình cáp…

+ Giao thông và vận tải: Cung cấp năng lượng cho tàu điện, xe điện, thang máy…

+ Y tế: Sử dụng trong các thiết bị y tế như máy chụp X-quang, máy MRI, máy lọc máu…

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

Hướng dẫn chi tiết: