Bài 17: Máy phát điện xoay chiều | Vật Lí 12 | CHƯƠNG III: TỪ TRƯỜNG - Lớp 12 - Kết Nối Tri Thức Với Cuộc Sống

(Trang 72)

I. NGUYÊN TẮC TẠO RA DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

Xét một khung dây dẫn MNPQ có diện tích S, quay đều với tốc độ góc ω quanh một trục OO' vuông góc với các đường sức của một từ trường đều có cảm ứng từ

Hình 17.1. Khung dây dẫn MNPQ có trục quay OO' đặt vuông góc với cảm ứng từ

Theo hiện tượng cảm ứng điện từ đã học ở Bài 16, trong khung dây xuất hiện một suất điện động biến đổi theo thời gian:

e = E₀ cos(ωt+φ₀) (17.1)

Trong đó, E₀ = BSω là suất điện động cực đại trong khung dây; φ₀ là pha ban đầu của suất điện động.

Nếu khung dây dẫn MNPQ có N vòng dây thì suất điện động cực đại của khung dây là E₀ = NBSω.

Suất điện động biến đổi theo thời gian theo định luật dạng cosin (hoặc sin) trong biểu thức (17.1) được gọi là suất điện động xoay chiều. Chu kì T và tần số f của suất điện động liên hệ với tần số góc ω bởi các công thức:

Khi nối hai đầu khung dây dẫn trên với điện trở thuần R tạo thành mạch kín, thì dòng điện trong khung dây dẫn biến thiên theo thời gian với tần số bằng tần số của suất điện động xoay chiều. Dòng điện này gọi là dòng điện xoay chiều.

Do đó, nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ là làm cho từ thông qua khung dây dẫn biến thiên điều hoà theo thời gian.

?

1. Khung dây dẫn trong Hình 17.2 ở vị trí nào thì suất điện động có giá trị cực đại? Giải thích?

2. Giải sử tại thời điểm t, từ thông qua khung dây dẫn phẳng MNPQ là:

Φ = BScosα = BScosωt

Hãy chứng tỏ, suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây này có dạng:

e = BSωcos (ωt+φ₀) (V)

(Trang 73)

Một chu kì của suất điện động xoay chiều

Hình 17.2. Mô tả suất điện động xoay chiều khi khung dây MNPQ quay trong từ trường

II. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

1. Biểu thức dòng điện xoay chiều

Nếu nối hai đầu của khung dây dẫn MNPQ (Hình 17.1) với đoạn mạch tiêu thụ điện thì giữa hai đầu đoạn mạch có một hiệu điện thế. Hiệu điện thế này biến thiên theo thời gian theo quy luật dạng cosin (hoặc sin) gọi là hiệu điện thế xoay chiều hay điện áp xoay chiều. Điện áp xoay chiều cũng có cùng chu kì, tần số với suất điện động xoay chiều và có dạng:

u = U₀cos(ω_t + φ_u) (V) (17.2)

Khi đó, dòng điện chạy qua mạch điện tiêu thụ là dòng điện xoay chiều có dạng:

i = I₀ cos(ω_t+ φ_i) (A) (17.3)

Trong các biểu thức (17.2), (17.3):

- u và i tương ứng là giá trị điện áp tức thời và cường độ dòng điện tức thời tại thời điểm t;

- U₀ và I₀ tương ứng là giá trị cực đại của điện áp và cường độ dòng điện xoay chiều;

- ω là tần số góc của dòng điện xoay chiều, có đơn vị là rad/s;

- φ_u, φ_i lần lượt là pha ban đầu của điện áp và cường độ dòng điện xoay chiều.

(Trang 74)

III. MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU

?

1. Hãy viết biểu thức suất điện động của máy phát điện xoay chiều trong trường hợp khung dây có N vòng dây, quay với tốc độ góc trong từ trường đều có cảm ứng từ  (  vuông góc với trục quay của khung).

2. Vì sao cần sử dụng vành khuyên và chổi quét để dẫn điện ra mạch ngoài đối với các máy phát điện xoay chiều hoạt động theo cách thứ nhất?

IV. ỨNG DỤNG VÀ QUY TẮC AN TOÀN KHI SỬ DỤNG DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

Hoạt động

1: Thảo luận để thực hiện các yêu cầu sau:

1. Ngoài thắp sáng, chạy máy thì dòng điện xoay chiều còn được sử dụng vào những việc gì?

2. Tìm hiểu thông qua sách báo, internet về các biện pháp giảm hao phí trong truyền tải điện năng đi xa bằng dòng điện xoay chiều.

Hoạt động 2: Thảo luận để thực hiện các yêu cầu sau:

1. Nhận biết được ý nghĩa của những biển báo an toàn điện.

2. Vì sao không nên sử dụng thiết bị điện trong quá trình sạc pin?

3. Vì sao cần lựa chọn và lắp đặt thiết bị đóng, ngắt điện ở vị trí phù hợp, dễ tiếp cận nhất tại gia đình?

4. Vì sao cần lựa chọn thiết bị điện có chất lượng, có công suất phù hợp với mạng lưới điện?

5. Nêu tầm quan trọng của việc tuân thủ quy tắc an toàn khi sử dụng dòng điện xoay chiều trong cuộc sống.

EM CÓ THỂ

- Nêu được ý nghĩa của các thông số ghi trên các thiết bị điện.

- Giải thích được cách tạo ra dòng điện xoay chiều trong nhà máy thuỷ điện.

- Đề xuất được một số biện pháp sử dụng điện an toàn trong gia đình.