Giải Vật Lý 12 Bài 12. Đại cương về dòng điện xoay chiều

Chương III. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU
Bài 12. ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU
A. KIẾN THỨC CẦN NẮM VỮNG
Suất điện động xoay chiều
e = E0cos(cot + cpo)
Trong đó: T = —, f =
(ờ 2iĩ
Dòng điện xoay chiều
Trong trường hợp tổng quát, biểu thức của điện áp giữa hai đầu đaọn mạch xoay chiều AB nào đó và cường độ dòng điện qua nó có dạng:
u = Uo cos(cot + <P1)
i = I0cos(cot + cp2)
ở đây u là điện áp tức thời giữa A và B, I là cường độ dòng điện tức thời với quy ước chiều dương là chiều tính điện áp tức thời (từ A tới B), co là tần sô' góc; Uo, lo là các biên độ; <P1, <P2 là các pha ban đầu tương ứng của điện áp và cường độ dòng điện. Ta nói trong mạch có dòng điện xoay chiều.
Đại lượng cp = <P1 - Cp2 gọi là độ lệch pha của u so với i.
Nếu 0 thì u sớm pha so với i.
Nếu (p < 0 thì u trễ pha so với i
Nếu <p = 0 thì u đồng pha so với i.
Đoạn mạch chỉ có điện trở thuần R
u cùng pha với i
Biểu thức định luật ôm:
T _ư0.;_ u _Uọ_ . _T _+
In = —-; 1 = — = —ỳ2- cos cot = L cos Cừt
0 R R R	0
Các giá trị hiệu dụng
Ị = 1° • u — Uo • E = ^0
Vã’ 72 V2
I, u, E các giá trị hiệu dụng của dòng điện, hiệu điện thế, suất điện động.
Cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều bằng cường độ của dòng điện không đổi mà nếu chúng lần lượt đi qua một điện trở trong những thời gian như nhau thì chúng tỏa ra những nhiệt lượng bằng nhau.
Các giá trị hiệu dụng được đo bằng các dụng cụ đo điện.
B. HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI VÀ GIẢI BÀI TẬP
Bài 1. Phát biểu các định nghĩa:
Giá trị tức thời.
Giá trị cực đại.
Giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện và điện áp xoay chiều hình sin.
Trả lời
Biểu thức tức thời:
Của cường độ dòng điện xoay chiều: i = I0sincot
Của điện áp xoay chiều: u = Uosin(cot + j)
Biểu thức cực đại:
Cường độ dòng điện xoay chiều: Io
Điện áp xoay chiều: Uo
Giá trị hiệu dụng:
Cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều: I = —J=
Điện áp hiệu dụng của dòng điện xoay chiều: u = -ỹ=
Bài 2. Tại sao phải quy định thống nhất tần số của dòng điện xoay chiều tạo ra trong kĩ thuật?
Trả lời
Tần số’ của dòng điện xoay chiều liên quan đến tốc độ quay của rôtô trong máy phát điện và số lần thay đổi chiều của dòng điện trong thời gian Is. Mỗi quô’c gia khác nhau có thể quy định tần số của dòng điện xoay chiều khác nhau. Ví dụ: Ớ nước ta, tần sô’ dòng điện xoay chiều trong kĩ thuật được quy định là f = 50Hz. Ở Mỹ và một sô’ nước khác, tần sô’ dòng điện xoay chiều trong kĩ thuật là được quy định là f = 60Hz.
Bài 3. Xác định giá trị trung bình theo thời gian của:
a) 2sinl007it
b) 2cosl007Tt
d) 4 sin2 100711
71
c) 2 sin 100711 +"7
[	71
e) 3cos 100711—77
l	3
Giải
Giá trị trung bình theo thời gian của:
2sinl007it = 0
2cos1007ĩí = 0
71 1
2sin 1007ĩt + -7 = 0
d) 4sin21007it = 4
1-COS 200711 '
( .	71 1
e) 3 cos 1 OOtuí -7^=0
Bài 4. Trên một bóng đèn có ghi 220V - 100W, nối đèn ấy vào mạng điện xoay chiều có u = 220V. Xác định:
Điện trở của đèn.
Cường độ hiệu dụng của đèn.
Điện năng tiêu thụ của đèn trong một giờ.
Giải
p 100
Điện trở bóng đèn: R = —- =	= 484Q
Cường độ hiệu dụng của đèn.: I - 77 = 777-7 = 7-7 A
u 220 11
Điện năng tiêu thụ của đèn trong một giờ:
A = Pt = 0,l.l = 0,lkWh
Bài 5. Một mạch điện gồm hai đèn mắc song song, trên mỗi đèn có ghi 220V - 115W; 220V - 132W. Nối hai đầu của mạch điện ấy vào mạng điện xoay chiều u = 220v. Xác định:
Công suất tiêu thụ trong mạch điện
Cường độ dòng điện cung cấp cho mạch điện.
Giải
Công suất tiêu thụ trong mạch điện:
p = p( + P, =115 + 132 -247W
Cường độ dòng điện qua mỗi bóng đèn:
= P1 = 115 Ị _ p2 _ 132
1 - U, 220 ’ 2 “ U2 " 220
Cường độ dòng điện cung cấp cho mạch điện:
I = I,+I2
115 + 132
220
247
220
*1,123,4.
Bài 6. Trên một đèn có ghi 100V - 100W. Mạch điện sử dụng có u = 110V. Để đảm bảo đèn sáng bình thường, phải mắc thêm vào mạch điện một điện trở bằng bao nhiêu?
Giải
u2 1002
Ta có: Điện trở đèn: R = —— =	= 100Q.
p 100
Cường độ định mức của đèn: I = 77
100
100
= 1A.
Do Ud - 100V; u = 110V => Phải mắc nối tiếp thêm một điện trở vào mạch điện.
Điện trở đoạn mạch (Đèn sáng bình thường): R' = y- =	= 110Q
Giá trị điện trở mắc thêm vào: R”= R’ - R = 110 - 100 = 10 Q.
Bài 7. Với dòng điện xoay chiều, cường độ hiệu dụng I liên hệ với cường độ cực đại Iin theo công thức nào?
2
c. 1 = 4.
V2
B. 1 = ^.
3
D. I =
V3
Trả lời
hd - --J= => Chọn câu c.
* Dùng cho câu hỏi 8 và 9: Điện áp tức thời giữa hai đầu của một đoạn mạch xoay chiều là u = 80cosl007rt (v).
Bài 8. Tần số góc của dòng điện là bao nhiêu?
A. 100 7T rad/s.	B. 100Hz.
c. 50Hz.	D. lOO^r.
Trả lời
Ta có: u = 80 cos 10071
So sánh với biểu thức: u = ư0coscot
=> Tần số góc của dòng điện là co = 1007ĩ(rad/s). Và f =	= 50Hz
271
=> Chọn câu c.
Bài 9. Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch đó là bao nhiêu?
A. 80V.	B. 40V.'
c. 80V2V.	D. 40V2V.
Trả lời
Điện áp hiệu dụng (hiệu điện thế hiệu dụng)
u =	= 40V2 (V) => Chọn câu D.
A. 1210 Q.
Bài 10. Một đèn điện có ghi 110V - 100W mắc nối tiếp với điện trở R vào mạch xoay chiều có u = 220V2sinl00cot(V). Để đèn sáng bình thường, R phải có giá trị bằng bao nhiêu?
B. 77 Q.
11
c. 121Q.
D. 110Q.
Trả lời
Ta có: u = 220V2sinl007rt; uđ =110(V)
=> ưhđ = 220V
=> Để đèn sáng biình thường, phải mắc nốì tiếp thêm một điện trở.
Cường độ định mức của đèn: I = 77 = —— = —(a) u 110 llv 7
u 220
Điện trở toàn mạch: R = — = -7—- = 242Q
I 10
11
u2 11O2
Điện trở đèn: Rđ =	= 121(A)
đ p 100 v 7
=> Điện trở cần mắc thêm vào: R' = R - Rd = 242 -121 = 121Q
=> Chọn câu c.