intTypePromotion=3

Bài giảng vật lý số 1: Đaih cương về dòng điện xoay chiều

Chia sẻ: Nguyen Duc Thien | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

0
103
lượt xem
31
download

Bài giảng vật lý số 1: Đaih cương về dòng điện xoay chiều

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'bài giảng vật lý số 1: đaih cương về dòng điện xoay chiều', tài liệu phổ thông, ôn thi đh-cđ phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng vật lý số 1: Đaih cương về dòng điện xoay chiều

  1. Khóa h c Dòng i n xoay chi u và Dao ng i n t BÀI GI NG DÒNG I N XOAY CHI U Bài gi ng 1: I CƯƠNG DÒNG I N XOAY CHI U I. KHÁI NI M DÒNG I N XOAY CHI U 1) nh nghĩa Dòng i n xoay chi u là dòng i n có cư ng bi n thiên i u hòa theo th i gian (theo hàm cos hay sin c a th i gian). 2) Bi u th c: i = Iocos(ωt + φi) A trong ó: • i: giá tr cư ng dòng i n xoay chi u t c th i, ơn v là (A) • Io > 0: giá tr cư ng dòng i n c c i c a dòng i n xoay chi u • ω, φi : là các h ng s . • ω > 0 là t n s góc. • (ωt + φi): pha t i th i i m t. • φi : Pha ban u c a dòng i n. 3) Chu kỳ, t n s c a dòng i n  2π 1 T = ω = f (s)  Chu kì, t n s c a dòng i n:  f = 1 = ω (Hz)   T 2π II. I N ÁP XOAY CHI U Cho khung dây d n có di n tích S g m có N vòng dây quay u v i v n t c góc ω xung quanh tr c i x ng x’x trong t trư ng u có B ⊥ xx '. T i t = 0 gi s n ≡ B. Sau kho ng th i t, n quay ư c m t góc ωt. T thông g i qua khung là Φ = NBScos(ωt) Wb. t Φo = NBS ⇒ Φ = Φocos(ωt), Φo ư c g i là t thông c c i. Theo hi n tư ng c m ng i n t trong khung hình thành su t i n ng c m ng có bi u th c e = – Φ’ = ωNBSsin(ωt).  π t E o = ωNBS = ωΦo  e = E o sin(ωt) = E o cos  ωt −  V. →  2 V y su t i n ng trong khung dây bi n thiên tu n hoàn v i t n s góc ω và ch m pha hơn t thông góc π/2. N u m ch ngoài kín thì trong m ch s có dòng i n, i n áp gây ra m ch ngoài cũng bi n thiên i u hòa: u = Uocos(ωt + φu) V. ơn v : S (m2), Φ (Wb) – Webe, B (T) – Testla, N (vòng), ω (rad/s), e (V)… 2π π Chú ý: 1 vòng/phút = = ( rad/s ). 60 30 Ví d 1: M t khung dây d n có di n tích S = 50 cm2 g m 150 vòng dây quay u v i v n t c 3000 vòng/phút trong m t t trư ng u có c m ng t B vuông góc tr c quay c a khung và có l n B = 0,002 T. Tính a) t thông c c i g i qua khung. b) su t i n ng c c i. Hư ng d n gi i: Tóm t t bài: S = 50 cm2 = 50.10–4 m2 N = 150 vòng B = 0,002 T ω = 3000 vòng/phút = 100π (rad/s) a) T thông qua khung là Φ = NBScos(ωt) → t thông c c i là Φ o = NBS = 150.0,002.50.10−4 = 1,5.10−3 Wb. b) Su t i n ng qua khung là e = −Φ ' = ωNBSsin(ωt)  E o = ωNBS = ωΦo = 100 π.1,5.10−3 = 0, 47 V. → V y su t i n ng c c i qua khung là Eo = 0,47 V. - Trang | 1 - T ng ài tư v n: 1900 58-58-12 Hocmai.vn – Ngôi trư ng chung c a h c trò Vi t
  2. Khóa h c Dòng i n xoay chi u và Dao ng i n t BÀI GI NG DÒNG I N XOAY CHI U Ví d 2: M t khung dây d t hình ch nh t g m 500 vòng dây, di n tích m i vòng dây là 53,5 cm2, quay u v i góc là 3000 vòng/phút quanh tr c xx’ trong m t t trư ng u có B = 0,02 T và ư ng c m ng t tc vuông góc v i tr c quay xx’. Tính su t i n ng c c i c a su t i n ng xu t hi n trong khung. Hư ng d n gi i: Tóm t t bài: S = 53,5 cm2 = 53,5.10–4 m2 N = 500 vòng, B = 0,02 (T). ω = 3000 vòng/phút = 100π (rad/s). Su t i n ng c c i là Eo = ωNBS = 100π.500.0,02. 53,5.10–4 = 16,8 V. Ví d 3: M t khung dây hình ch nh t, kích thư c (40 cm x 60 cm), g m 200 vòng dây, ư c t trong m t t trư ng u có c m ng t 0,2 (T). Tr c i x ng c a khung dây vuông góc v i t trư ng. Khung dây quay quanh tr c i x ng ó v i v n t c 120 vòng/phút. a) Tính t n s c a su t i n ng. b) Ch n th i i m t = 0 là lúc m t ph ng khung dây vuông góc v i ư ng c m ng t . Vi t bi u th c su t i n ng c m ng trong khung dây. c) Su t i n ng t i t = 5 (s) k t th i i m ban u có giá tr nào ? Hư ng d n gi i: Tóm t t bài: S = 40.60 = 2400 cm2 = 0,24 m2 N = 200 vòng, B = 0,2 (T). ω = 120 vòng/phút = 4π (rad/s). ω a) T n s c a su t i n ng là f = = 2 Hz. 2π b) Su t i n ng c c i : Eo = ωNBS = 4π.200.0,2.0,24 = 120,64 V. Do t i t = 0, m t ph ng khung vuông góc v i c m ng t nên φ = 0 (hay n // B ). T ó ta ư c bi u th c c a su t i n ng là e = Eosin(ωt) = 120,64sin(4πt) V. c) T i t = 5 (s) thay vao bi u th c c a su t i n ng vi t ư c trên ta ư c e = Eo = 120.64 V. Ví d 4: M t khung dây d n ph ng có di n tích S = 50 cm2, có N = 100 vòng dây, quay u v i t c 50 vòng/giây quanh m t tr c vuông góc v i các ư ng s c c a m t t trư ng u có c m ng t B = 0,1 (T). Ch n t = 0 là lúc vectơ pháp tuy n n c a khung dây cùng chi u v i vectơ c m ng t B và chi u dương là chi u quay c a khung dây. a) Vi t bi u th c xác nh t thông Φ qua khung dây. b) Vi t bi u th c xác nh su t i n ng e xu t hi n trong khung dây. Hư ng d n gi i: Tóm t t bài: S = 50 cm2 = 50.10–4 m2 N = 100 vòng, B = 0,1 (T). ω = 50 vòng/giây = 100π (rad/s). a) Theo bài t i t = 0 ta có φ = 0. T thông c c i Φo = N.B.S = 100.0,1. 50.10–4 = 0,05 Wb. T ó, bi u th c c a t thông là Φ = 0,05cos(100πt) Wb. b) Su t i n ng c m ng e = −Φ′ = 0,05.100π sin (100πt ) = 5π sin (100πt ) V. III. L CH PHA C A I N ÁP VÀ DÒNG I N t φ = φu – φi, ư c g i là l ch pha c a i n áp và dòng i n trong m ch. N u φ > 0 thi khi ó i n áp nhanh pha hơn dòng i n hay dòng i n ch m pha hơn i n áp. N u φ > 0 thi khi ó i n áp ch m pha hơn dòng i n hay dòng i n nhanh pha hơn i n áp. Chú ý: Khi l ch pha c a i n áp và dòng i n là π/2 thì ta có phương trình c a dòng i n và i n áp th a mãn u = U o cos( ωt ) 2 2 u i    →  +   =1   π i = I o cos  ωt ± 2  = I o sin( ωt )  U o   Io     N u i n áp vuông pha v i dòng i n, ng th i t i hai th i i m t1, t2 i n áp và dòng i n có các c p giá tr 2 2 2 2 u2 − u2 u  i  u  i  U tương ng là u1; i1 và u2; i2 thì ta có  1  +  1  =  2  +  2   o = 12 22 → i2 − i1  U o   Io   Uo   Io  Io - Trang | 2 - T ng ài tư v n: 1900 58-58-12 Hocmai.vn – Ngôi trư ng chung c a h c trò Vi t
  3. Khóa h c Dòng i n xoay chi u và Dao ng i n t BÀI GI NG DÒNG I N XOAY CHI U IV. CÁC GIÁ TR HI U D NG Cho dòng i n xoay chi u i = Iocos(ωt + φ) A ch y qua R, công su t t c th i tiêu th trên R 2 1 + cos ( 2ωt + 2φ ) RI 2 RI 2 p = Ri 2 = RIo cos 2 ( ωt + φ ) = RIo = o + o cos ( 2ωt + 2φ ) 2 2 2 2 RIo RI2 2 RI 2 + o cos ( 2ωt + 2φ ) = o Giá tr trung bình c a p trong 1 chu kì: p = 2 2 2 1 K t qu tính toán, giá tr trung bình c a công su t trong 1 chu kì (công su t trung bình): P = p = RI2 o 2 I2 Nhi t lư ng t a ra khi ó là Q = P.t = o Rt 2 Cũng trong cùng kho ng th i gian t cho dòng i n không i (dòng i n m t chi u) qua i n tr R nói trên thì nhi t lư ng t a ra là Q′ = I 2 Rt. 2 I0 Rt 2 I Cho Q = Q′ ⇔ = I Rt  I = o . → 2 2 I ư c g i là giá tr hi u d ng c a cư ng dòng i n xoay chi u hay cư ng hi u d ng. Uo E Tương t , ta cũng có i n áp hi u d ng và su t i n ng hi u d ng là U = ;E = o 2 2 Ngoài ra, i v i dòng i n xoay chi u, các i lư ng như i n áp, su t i n ng, cư ng i n trư ng, … cũng là hàm s sin hay cosin c a th i gian, v i các i lư ng này. Chú ý : u = U o cos( ωt + φu ) i = I o cos( ωt + φi ) i lư ng có s d ng giá tr t c th i là Trong m ch i n xoay chi u các e = Eo cos( ωt + φe ) p = i 2 R=I o2 Rcos 2 ( ωt + φi ) i lư ng s d ng giá tr hi u d ng là cư ng và các dòng i n I, i n áp U, su t i n ng E. Ví d 1: Dòng i n ch y qua o n m ch xoay chi u có d ng i = 200cos(100πt) A, i n áp gi a hai u o n m ch có giá tr hi u d ng là 12 V, và s m pha π/3 so v i dòng i n. a) Tính chu kỳ, t n s c a dòng i n. b) Tính giá tr hi u d ng c a dòng i n trong m ch. c) Tính giá tr t c th i c a dòng i n th i i m t = 0,5 (s). d) Trong m t giây dòng i n i chi u bao nhiêu l n. e) Vi t bi u th c c a i n áp gi a hai u o n m ch. Hư ng d n gi i: a) T bi u th c c a dòng i n i = 200cos(100πt) A ta có ω = 100π (rad/s).  2π 1 T = ω = 50 (s).  T ó ta có chu kỳ và t n s c a dòng i n là  f = ω = 50 Hz.   2π I 2 b) Giá tr hi u d ng c a dòng i n trong m ch là I = o = = 2 A. 2 2 c) T i th i i m t = 0,5 (s) thì i = 2cos(10π.0,5) = 0. V y t i t = 0,5 (s) thì i = 0. d) T câu b ta có f = 50 Hz, t c là trong m t giây thì dòng i n th c hi n ư c 50 dao ng. Do m i dao ng dòng i n i chi u hai l n nên trong m t giây dòng i n i chi u 100 l n. e) Do i n áp s m pha π/3 so v i dòng i n nên có π/3 = φu – φi → φu = π/3 (do φi = 0) i n áp c c i là U o = U 2 = 12 2 V.  π u m ch i n là u = 12 2cos  100 πt +  V. Bi u th c c a i n áp hai  3 Ví d 2: M t m ch i n xoay chi u ch có i n tr R = 50 , dòng i n qua m ch có bi u th c i = 2cos(100πt + π/3) A. a) Vi t bi u th c i n áp hai u m ch i n bi t r ng i n áp hi u d ng là 50 2 V và i n áp nhanh pha hơn dòng i n góc π/6. - Trang | 3 - T ng ài tư v n: 1900 58-58-12 Hocmai.vn – Ngôi trư ng chung c a h c trò Vi t
  4. Khóa h c Dòng i n xoay chi u và Dao ng i n t BÀI GI NG DÒNG I N XOAY CHI U b) Tính nhi t lư ng t a trên i n tr R trong 15 phút. Hư ng d n gi i:  U o = U 2 = 50 2. 2 = 100 V.  a) Ta có  π ππππ φ = φ u − φi =  φ u = φi + = + = (rad) →  6 6362 Bi u th c c a i n áp là u = 100cos(100πt + π/2) V. I 2 b) Cư ng hi u d ng c a dòng i n: I = o = = 2 A. 2 2 T ó, nhi t lư ng t a ra trong 15 phút (15.60 = 900 s) là Q = I 2 Rt = 2.50.15.60 = 90000 J = 90kJ. l ch pha gi a i n áp và cư ng dòng i n ch y trong m ch là π/2. Ví d 3: M t m ch i n xoay chi u có T i m t th i i m t, cư ng dòng i n trong m ch có giá tr 2 3 A thì i n áp gi a hai u m ch là 50 2 V. Bi t i n áp hi u d ng c a m ch là 100 V. Tính giá tr hi u d ng cư ng dòng i n trong m ch. Hư ng d n gi i: Do i n áp và dòng i n l ch pha nhau góc π/2 nên gi s bi u th c c a dòng i n và i n áp có d ng như sau u = U o cos(ωt) 2 2 u i    →  +   =1   π i = Io cos  ωt ± 2  = Io sin(ωt)  U o   Io     i = 2 3 A 2 2   50 2   2 3   23 3 bài cho  u = 50 2 V   →  +   I  =1⇒ I = 2 Thay các giá tr   100 2   o   o  U = 100 V ⇒ U = 100 2 V  T ó ta ư c Io = 4 A  I = 2 2 A. → Ví d 4: Cho m t m ch i n xoay chi u có i n áp hai u m ch là u = 50cos(100πt + π/6) V. Bi t r ng dòng i n qua m ch ch m pha hơn i n áp góc π/2. T i m t th i i m t, cư ng dòng i n trong m ch có giá tr 3 A thì i n áp gi a hai u m ch là 25 V. Bi u th c c a cư ng dòng i n trong m ch là  π  π A. i = 2 cos  100 πt +  A. B. i = 2 cos  100 πt −  A.  3  3  π  π C. i = 3 cos  100 πt −  A. D. i = 3 cos  100 πt +  A.  3  3 Hư ng d n gi i: 2 2 2  25   3  u i 2 +   =1⇔   +   = 1  Io = 2 A. →   Do i n áp và dòng i n l ch pha nhau góc π/2 nên    50   Io   U o   Io   π πππ π M t khác, dòng i n ch m pha hơn i n áp góc π/2 nên φi = φ u − = − = −  i = 2 cos  100 πt −  A. →  3 262 3 V y B úng. V. M T S BÀI T P TR C NGHI M I N HÌNH Câu 1. Dòng i n ch y qua o n m ch xoay chi u có d ng i = 2cos(100πt + π/6) A, i n áp gi a hai u o n m ch có giá tr hi u d ng là 12 V, và s m pha π/6 so v i dòng i n. Bi u th c c a i n áp gi a hai u o n m ch là  π B. u = 12 2 cos (100 πt ) V. A. u = 12 cos  100 πt +  V.  6  π  π C. u = 12 2 cos  100 πt −  V. D. u = 12 2 cos  100 πt +  V.  3  3 Hư ng d n gi i:  U = 12V  U = 12 2V  o  π π ⇔ π π π  u = 12 2 cos  100 πt + 3  V. → T gi thi t ta có  φ u = φi + 6 φ u = + =     663 V y D úng. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- - Trang | 4 - T ng ài tư v n: 1900 58-58-12 Hocmai.vn – Ngôi trư ng chung c a h c trò Vi t
  5. Khóa h c Dòng i n xoay chi u và Dao ng i n t BÀI GI NG DÒNG I N XOAY CHI U Câu 2. M t m ch i n xoay chi u có i n áp gi a hai u m ch là u = 200cos(100πt + π/6) V. Cư ng hi u d ng c a dòng i n ch y trong m ch là 2 2 A. Bi t r ng, dòng i n nhanh pha hơn i n áp hai u m ch góc π/3, bi u th c c a cư ng dòng i n trong m ch là A. i = 4cos(100πt + π/3) A. B. i = 4cos(100πt + π/2) A. C. i = 2 2 cos (100 πt − π/6 ) A. D. i = 2 2 cos (100 πt + π/2 ) A. Hư ng d n gi i:  Io = 4 A I = 2 2 A    π π ⇔ π π π  u = 4 cos  100 πt +  A. → T gi thi t ta có  φ i = 6 + 3 = 2 φi = φ u +  2   3 V y B úng. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Câu 3. M t m ch i n xoay chi u có l ch pha gi a i n áp và cư ng dòng i n ch y trong m ch là π/2. T i m t th i i m t, cư ng dòng i n trong m ch có giá tr 2 A thì i n áp gi a hai u m ch là 100 6 V. Bi t cư ng dòng i n c c i là 4 A. i n áp hi u d ng gi a hai u m ch i n có giá tr là A. U = 100 V. B. U = 200 V. C. U = 300 V. D. U = 220 V. Hư ng d n gi i: 2 2 u i  +   = 1. Do i n áp và dòng i n l ch pha nhau góc π/2 nên   U o   Io  2  100 6  U 3 100 6 3 200 6  U  = 4 ⇔ U = 2 ⇔ Uo = = 200 2  U = o = 200 V. → Thay s ta ư c   3 2   o o V y B úng. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Câu 4. M t khung dây quay u quanh tr c xx’ trong m t t trư ng u có ư ng c m ng t vuông góc v i tr c quay xx’. Mu n tăng biên su t i n ng c m ng trong khung lên 4 l n thì chu kỳ quay c a khung ph i A. tăng 4 l n. B. tăng 2 l n. C. gi m 4 l n. D. gi m 2 l n. Hư ng d n gi i: T bi u th c t thông ta ư c Φ = NBScos ( ωt + φ )  e = −Φ′ = ωNBSsin ( ωt + φ ) → Biên c a su t i n ng là Eo = ωNBS, khi ó Eo tăng lên 4 l n thì ω tăng 4 l n, t c là chu kỳ T gi m 4 l n. V y B úng. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Câu 5. M t khung dây d n có di n tích S = 50 cm2 g m 250 vòng dây quay u v i t c 3000 vòng/phút trong m t t trư ng u có véc tơ c m ng t vuông góc v i tr c quay c a khung, và có l n B = 0,02 (T). T thông c c i g i qua khung là A. 0,025 Wb. B. 0,15 Wb. C. 1,5 Wb. D. 15 Wb. Hư ng d n gi i: T bi u th c tính c a t thông Φ = NBScos(ωt + φ) → t thông c c i là Φo = NBS. N = 250 vòng  o = 250.0,02.50.10−4 = 0,025 (Wb). B = 0,02(T) →Φ Thay s v i S = 50 cm 2 = 50.10−4 m 2 V y A úng. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Câu 6. M t vòng dây ph ng có ư ng kính 10 cm t trong t trư ng u có l n c m ng t B = 1/π (T). T thông g i qua vòng dây khi véctơ c m ng t B h p v i m t ph ng vòng dây m t góc α = 300 b ng A. 1,25.10–3 Wb. B. 0,005 Wb. C. 12,5 Wb. D. 50 Wb. Hư ng d n gi i: () Bi u th c tính c a t thông Φ = NBScosα, v i α = n, B , t gi thi t ta ư c α = 600. M t khác khung dây là hình tròn có ư ng kính 10 cm, nên bán kính là R = 5 cm  S = πR 2 = π.0,052. → 1 T ó ta ư c Φ = .π.0,052.cos600 = 1, 25.10−3 (Wb). π V y A úng. Giáo viên : ng Vi t Hùng Ngu n : Hocmai.vn - Trang | 5 - T ng ài tư v n: 1900 58-58-12 Hocmai.vn – Ngôi trư ng chung c a h c trò Vi t
  6. Khóa h c Dòng i n xoay chi u và Dao ng i n t BÀI GI NG DÒNG I N XOAY CHI U - Trang | 6 - T ng ài tư v n: 1900 58-58-12 Hocmai.vn – Ngôi trư ng chung c a h c trò Vi t

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản