Ề Ề Ạ ƯƠ Ệ NG V  DÒNG ĐI N XOAY CHI U

ệ

ị ờ ề ệ ườ ộ ế ng đ  bi n thiên đi u hòa theo th i gian (theo hàm cosin ờ

ơ ờ ộ ề ứ ộ ị ề ệ ng đ  dòng đi n xoay chi u.

ể ầ ạ i th i đi m t. ể ờ ệ ạ i) : pha c a dòng đi n t ệ ờ i th i đi m ban đ u t = 0). ư

ệ ề ắ ạ

ề ả ồ . T i t = 0 gi ớ ậ ố ờ ɸ ɸ ω ượ ω ɸ ượ ọ  =  0cos t,  0 đ ộ ệ ấ ả ứ ụ    xung quanh tr c ộ c m t góc  c g i là t ả ứ ệ ề ng đ u có  ɸ ệ ượ ω ω ɸ ' =  NBSsin t.

ω ơ ừ ệ ế ầ ậ ộ ớ ầ ố ệ ở ạ ế ẽ ệ ế ạ và ch m pha h n t  m ch ề ạ ω φ t +  u) (V). u  = U0cos( ω ɸ ơ (Wb)­ Webe, B(T) – Testla, N (vòng), (rad/s), e (V)… ệ ề ω φ ệ ệ ế ề ệ ọ ộ t +  u) (V) g i là hi u đi n th  dao đ ng đi u hoà (hay đi n áp xoay ệ ng:  u

ơ ị ệ ề ằ

ệ ể ạ ệ ạ ầ ờ i th i đi m ban đ u t = 0). i th i đi m t. ể ờ ệ ệ φ ượ ọ ộ ệ ủ ệ ạ ủ ầ ủ ữ i , đ ậ ệ ệ ệ ệ ơ ơ ệ ệ ơ ơ ậ ệ c g i là đ  l ch pha c a đi n áp và dòng đi n trong m ch.  > 0 thì khi đó đi n áp nhanh pha h n dòng đi n hay dòng đi n ch m pha h n đi n áp.  > 0 thì khi đó đi n áp ch m pha h n dòng đi n hay dòng đi n nhanh pha h n đi n áp.

ω φ ấ ứ ụ ạ ờ t +  ) ch y qua R, công su t t c th i tiêu th  trong R: 0cos( Ề  CHUYÊN Đ  X ­ Đ I C ế ơ ả A. Lý thuy t c  b n. ề . ệ 1. Khái ni m dòng đi n xoay chi u * Đ nh nghĩa. ề ệ * Dòng đi n xoay chi u là dòng đi n có c ủ hay sin c a th i gian). ứ . ể * Bi u th c * Trong đó:  ệ ị ườ ng đ  dòng đi n xoay chi u t c th i, đ n v  là (A). • i: giá tr  c ị ự ạ ủ ườ • I0 > 0: giá tr  c c đ i c a c , ω φi : là các h ng s .  ố ằ •  ω ầ ố  > 0 là t n s  góc. •  ω φ ủ • ( t +  φ ầ ủ i : Pha ban đ u c a dòng đi n (t •  ặ ạ ượ * Các đ i l ng đ c tr ng. * Chu kì: (s). ầ ố . * T n s :  2. Nguyên t c t o ra dòng đi n xoay chi u. ẫ * Cho khung dây d n có di n tích S g m có N vòng dây quay đ u v i v n t c góc  t. ω ố ứ ạ ả ử ừ ườ  s  . Sau kho ng th i t, quay đ đ i x ng x’x trong t  tr ω ử ừ ặ ɸ ừ T  thông g i qua khung là   = NBScos t (Wb). Đ t  0 = NBS =>    ệ ừ ự ạ thông c c đ i. Theo hi n t  trong khung hình thành su t đi n đ ng c m  ng  ng c m  ng đi n t ứ  = ­  ể có bi u th c e * Đ t: ặ (V). ấ ậ * V y : su t đi n đ ng trong khung dây bi n thiên tu n hoàn v i t n s  góc  π ệ thông góc  /2. N u m ch ngoài kín thì trong m ch s  có dòng đi n, hi u đi n th  gây ra  ế ngoài cũng bi n thiên đi u hòa: ị * Đ n v  : S (m 2),  ế ệ ộ 3. Hi u đi n th  dao đ ng đi u hòa (Đi n áp). ạ ượ * Đ i l   = U0cos( chi u).ề * Trong đó:  ờ ứ ị ệ • u: giá tr  đi n áp t c th i, đ n v  là (V). ị ự ạ ủ • U0 > 0: giá tr  c c đ i c a đi n áp xoay chi u. , ω φu : là các h ng s .  ố •  ω ầ ố  > 0 là t n s  góc. •  ω φ • ( t +  u) : pha c a đi n áp t φ •  u : Pha ban đ u c a đi n áp (t ộ ệ 4. Đ  l ch pha gi a dòng đi n và đi n áp. φ φ * Đ t ặ  =  u ­  φ * N u ế ệ φ ệ * N u ế ị ệ ụ . 5. Các giá tr  hi u d ng ề ệ * Cho dòng đi n xoay chi u i = I p = Ri2 = .

ị ị ấ ấ ả công su t trung bình ):

ỏ ệ ượ t l ng t a ra khi đó là: Q = P.t = ộ ổ ờ ả ệ ề ệ ỏ ệ ượ t l ng t a ra là: Q’ = I2Rt.

ề ệ ườ ộ ệ ụ ng đ  hi u d ng. ệ .. ộ ệ ườ ủ ườ ế ệ ụ ề ng ố ộ ư ệ ớ

π ạ ạ ệ ề ệ ữ

ớ ạ ệ ạ ị ệ ụ ệ

ờ ủ ể ạ  th i đi m t = 0,5 (s). ộ ể ữ ệ ầ ạ ổ t bi u th c c a đi n áp gi a hai đ u đo n m ch. ẫ ω π ế ướ ừ ể ệ π  = 100  (rad/s). ứ ủ ả :  i ứ ủ ỳ ầ ố ủ ừ ệ ệ ị ệ ụ ể ờ ậ ạ V y t i t = 0,5s thì i = 0  ệ ạ π ộ ạ ừ ứ ự ệ ầ ỗ ộ ổ ộ ề ớ ệ so v i dòng đi n nên có:

ệ ệ ứ ủ ệ ể ế ạ ầ ợ ổ ổ

ng h p t ng quát thì s  l n mà dòng đi n đ i chi u trong 1(s) là 2f.  ể ề ệ ứ ề ồ ở

ệ Ω ệ ụ ứ ệ ệ ệ ầ ạ ớ ệ ườ ệ t bi u th c đi n áp hai đ u m ch bi ộ ế ằ t r ng đi n áp hi u d ng là ạ và đi n áp cùng pha v i

ệ ỏ

ở ng t a trên đi n tr  R trong 15 phút.  ả : i

ứ ủ ể ệ ệ ế (V). ệ ườ ạ ủ * Giá tr  trung bình c a p trong 1 chu kì: . ủ ế * K t qu  tính toán, giá tr  trung bình c a công su t trong 1 chu kì ( P = . * Nhi ở   ệ * Cũng trong cùng kho ng th i gian t cho dòng đi n không đ i (dòng đi n m t chi u) qua đi n tr  R nói trên thì nhi * Cho: Q = Q’ . ượ ọ ị ệ ụ ộ ng đ  dòng đi n xoay chi u hay c c g i là giá tr  hi u d ng c a c * I đ ấ ệ ụ ệ ệ ự ươ ng t * T  ta cũng có hi u đi n th  hi u d ng và su t đi n đ ng hi u d ng là:  ấ ố ớ ệ ế ệ ạ ượ ng nh  hi u đi n th , su t đi n đ ng, c * Ngoài ra, đ i v i dòng đi n xoay chi u, các đ i l ườ ạ ượ ờ ủ ộ ệ đ  đi n tr ng này. ng, … cũng là hàm s  sin hay cosin c a th i gian, v i các đ i l ụ ể 6. Các ví d  đi n hình. Ví d  1ụ : Dòng đi n ch y qua đo n m ch xoay chi u có d ng i = 2cos(100 t) (A), đi n áp gi a hai  ạ ạ ớ ầ đ u đo n m ch có giá tr  hi u d ng là 12V, và s m pha  so v i dòng đi n. ỳ ầ ố ủ a. Tính chu k , t n s  c a dòng đi n. ệ ủ ị ệ ụ b. Tính giá tr  hi u d ng c a dòng đi n trong m ch. ệ ở ờ ị ứ c. Tính giá tr  t c th i c a dòng đi n  ầ ề ệ d. Trong m t giây dòng đi n đ i chi u bao nhiêu l n. ạ e. Vi * H ng d n gi a. T  bi u th c c a dòng đi n i = 2cos(100 t) ta có  T  đó ta có chu k  và t n s  c a dòng đi n là: ủ b. Giá tr  hi u d ng c a dòng đi n trong m ch là:  . c. T i th i đi m t = 0,5 (s) thì i = 2cos(100 .0,5) = 0. ộ ệ ượ c 50 dao đ ng. Do  d. T  câu b ta có f = 50 (Hz), t c là trong m t giây thì dòng đi n th c hi n đ ệ ầ ề ổ m i dao đ ng dòng đi n đ i chi u hai l n nên trong m t giây dòng đi n đ i chi u 100 l n. ệ ế ớ e. Do hi u đi n th  s m pha  ế ự ạ Hi u đi n th  c c đ i là:  ệ ệ Bi u th c c a hi u đi n th  hai đ u m ch đi n là:  ố ầ ậ  : Trong tr * Nh n xét Ví d  2ụ : M t m ch đi n xoay chi u g m m t đi n tr  R = 50 , dòng đi n qua m ch có bi u th c  ệ ạ ộ ể ế a. Vi dòng đi n.ệ ệ ượ t l b. Tính nhi ẫ ướ * H ng d n gi a. Ta có: ,  Bi u th c c a hi u đi n th  là:  ủ ộ ệ ụ b. C ng đ  hi u d ng c a dòng đi n qua m ch là:

ộ ệ ớ ậ ố ề ồ

ả ứ ộ ớ ụ ề ẫ ộ ừ ườ  tr ng đ u có c m  ng t

ự ạ ệ

ừ ấ ướ ẫ Ví d  3ụ  : M t khung dây d n có di n tích S = 50cm2 g m 150 vòng dây quay đ u v i v n t c 3000  ủ ừ  vuông góc tr c quay c a khung và có đ  l n B =  vòng/phút trong m t t   0,002T. Tính:  ự ạ ử a. T  thông c c đ i g i qua khung. ộ b. Su t đi n đ ng c c đ i.  * H ng d n gi ả  : i

= 3000 vòng/phút = 100  (rad/s) ω ừ ừ ự ạ t: ắ Tóm t N = 150 vòng  B = 0,002T  ω a. T  thông qua khung là π ɸ  = NBScos t => t thông c c đ i là:

ấ ệ ộ ấ ậ ữ ậ ồ ự ạ ẹ

ề ề ụ ộ ớ ố ộ ấ ệ ệ ủ ừ ệ ỗ ộ ừ ườ  tr ệ ụ ộ

π = 3000 vòng/phút = 100  (rad/s) ệ ấ ừ ự ạ ộ ệ ấ ệ ẳ ộ

ề ả ứ ườ ề ớ ơ ớ ố ng đ u có c m  ng  ủ S c a khung dây cùng t = 0 là lúc vect ủ ề S = 50 cm2, có N = 100 vòng dây, quay đ u v i t c  ộ ừ ườ ứ ủ ng s c c a m t t  tr ệ ủ ế  pháp tuy n  c a di n tích  ng là chi u quay c a khung dây. ề ươ qua khung dây. ệ e xu t hi n trong khung dây. ấ ờ

π ẫ =ω  50.2  = 100   rad/s ủ ủ ế ệ ề ạ ớ ề ầ t = 0, vect ế ờ π  pháp tuy n  c a di n tích  ế ng. Đ n th i đi m S c a khung dây có chi u trùng v i  ủ ể t, pháp tuy n  c a khung dây đã quay tr ớ ố ộ ơ ừ ủ ừ ườ   c a t ừ ộ b. Su t đi n đ ng qua khung là: ệ , V y su t đi n đ ng c c đ i qua khung là E0 = 0,47(V)  Ví d  4ụ : 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,  ng đ u có B = 0,02T và  quay đ u v i t c đ  góc là 3000 vòng/phút quanh tr c xx’ trong m t t ộ   ấ ớ ụ ả ứ ườ ng c m  ng t  vuông góc v i tr c quay xx’. Tính su t đi n đ ng hi u d ng c a su t đi n đ ng đ ệ ấ xu t hi n trong khung  ướ ả :  ẫ * H ng d n gi i ắ Tóm t 2 = 50.10­4m2  t: S = 50cm N = 500 vòng B = 0,02T  ω ộ * Su t đi n đ ng c c đ i là:  ệ ụ * T  đó su t đi n đ ng hi u d ng: ẫ Ví d  5 :ụ  M t khung dây d n ph ng có di n tích  ộ ụ ộ đ  50 vòng/giây quanh m t tr c vuông góc v i các đ ờ ố ọ  ừ B = 0,1 T. Ch n g c th i gian  t ừ ơ ả ứ ớ ề   và chi u d  c m  ng t chi u v i vect ị ứ ừ ể ế  thông  t bi u th c xác đ nh t a. Vi ộ ệ ấ ị ứ ể ế t bi u th c xác đ nh su t đi n đ ng  b. Vi ẽ ồ ị ể ổ ủ e theo th i gian. ễ ự ế c. V  đ  th  bi u di n s  bi n đ i c a  i :ả * Bài gi a. Khung dây d n quay đ u v i t c đ  góc : ờ ể T i th i đi m ban đ u  ề ủ ơ ả ứ chi u c a vect ộ ượ đ c m  ng t ằ c m t góc b ng . Lúc này t thông qua khung dây là :

ớ ầ ố ờ ế ừ ề  thông qua khung dây bi n thiên đi u hoà theo th i gian v i t n s  góc ω và v i giá tr   ị ớ ộ Ф0 = NBS. π ượ ứ ủ ừ ể c bi u th c c a t thông

ư ậ Nh  v y, t ự ạ c c đ i (biên đ ) là  Thay N = 100, B = 0,1 T, S = 50 cm2 = 50. 10­4 m2 và ω = 100  rad/s ta đ qua khung dây là : ừ ậ ả ứ ệ ừ T  thông qua khung dây bi n thiên đi u hoà theo th i gian, theo đ nh lu t c m  ng đi n t ờ ộ ề ộ ệ ấ ả ứ ị ệ ượ ả ứ ệ ệ ấ ấ ộ ậ (Wb) ị ế b. ấ ủ c a Faraday thì trong khung dây xu t hi n m t su t đi n đ ng c m  ng. Su t đi n đ ng c m  ng xu t hi n trong khung dây đ ị c xác đ nh theo đ nh lu t Lentz :

ế ề ấ ộ ổ ờ ớ ệ ộ ệ ớ ư ậ Nh  v y, su t đi n đ ng c m  ng xu t hi n trong khung dây bi n đ i đi u hoà theo th i gian v i  ầ ố t n s  góc ả ứ ấ ω và v i giá tr  c c đ i (biên đ ) là  ị ự ạ E0 =  NBSω .

π ượ ứ ể ị ấ   c bi u th c xác đ nh su t ệ ệ ấ ộ Thay N = 100, B = 0,1 T, S = 50 cm2 = 50. 10­4 m2 và ω = 100  rad/s ta đ đi n đ ng xu t hi n trong khung dây là : (V) hay (V) ề ế ệ ấ ổ ớ ờ ấ Su t đi n đ ng xu t hi n trong khung dây bi n đ i đi u hoà theo th i gian v i chu khì T và ệ ượ c. ầ ố f l nầ  l t n s ộ t là :

s ;   Hz ễ ự ế ồ ị ể ổ ủ ệ ấ ộ ườ ầ ờ e theo th i gian t là đ ng hình sin có chu kì tu n

ộ ố ờ ệ ạ ấ ả ộ ể ặ ệ ư Đ  th  bi u di n s  bi n đ i c a su t đi n đ ng  hoàn T = 0,02 s. ị ủ B ng giá tr  c a su t đi n đ ng e t i m t s  th i đi m đ c bi t nh  : 0 s,  s,  s,  s,   s,  s và  s :

ễ ự ụ ồ ị ể ư ướ t (s) 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 e (V) 0 15,7 0 ­15,7 0 15,7 0 Đ  th  bi u di n s  ph  thu c c a ộ ủ e theo t nh  hình d i :

ậ ụ

ạ ươ ề ế ứ ể B. Bài t p áp d ng. ạ * D ng 1: Xác đinh các đ i l ng xoay chi u, vi t bi u th c u, i.

ữ ậ ộ ướ ượ ặ ồ c 40cm x 60cm, g m 200 vòng dây, đ c đ t trong Bài 1 : M t khung dây hình ch  nh t, kích th

ề ủ ng. ớ ừ ườ  tr ộ ừ ườ  tr ng đ u có c m  ng t 0,2T. Tr c đ i x ng c a khung dây vuông góc v i t ụ ố ứ ớ ậ ố ộ ấ ờ ọ ẳ ế ừ ớ ườ ầ ố ủ ể . Vi ể t bi u ả ứ ng c m  ng t ộ ấ ệ ứ ả ứ ộ ạ ể ể ừ ờ ? ể ế ệ ứ ị ầ i t = 5s k  t ở ủ ầ  th i đi m ban đ u có giá tr  nào ệ

ồ ộ ộ ệ ế ữ ậ t di n S = 54cm2 g m 500 vòng dây, đi n tr  không ớ ở ộ ạ ừ ớ ụ B = 0,2T vuông góc v i tr c quay.

ờ ộ ầ ấ ặ ể ể ệ ư ạ ớ ậ ố ừ ườ  tr ự ạ ứ i th i đi m ban đ u, m t t bi u th c su t đi n đ ng xu t hi n trong cu n dây. Xem nh  t B. ộ ạ ề ể ứ ữ ườ ộ ng đ ạ ả ứ ng có c m  ng t ị ằ ộ ớ ả ứ ề ệ ầ ệ ữ ạ ị ạ ệ ằ ớ t tính b ng giây (s). ầ ủ ạ ầ ủ ị ự ạ ầ ố ệ  Xác đ nh giá tr  c c đ i, t n s  góc, chu kì, t n s , pha ban đ u c a đi n áp gi a hai đ u  ạ ị ệ ạ ạ

ệ ữ ộ ệ ườ ữ ệ ạ ầ ạ ạ ộ ng đ  dòng đi n ch y ị ạ ệ ạ ạ ộ ộ

ờ ằ ộ ứ ườ ể ệ ầ ờ ị ạ ề ng đ  dòng đi n xoay chi u ch y qua m t đo n m ch là , v i   lúc 0 s, xác đ nh th i đi m đ u tiên mà dòng đi n có c ớ I0 > 0 và t tính  ng đ  t c th i b ng ứ ườ ừ ộ ệ ụ ng đ  hi u d ng ? ể ế ạ ạ ằ ứ t tính b ng giây (s). Vi ạ ạ ế ệ ệ ạ ớ ớ ể t bi u  ị t đi n áp này s m pha góc  so v i dòng đi n và có tr ộ ề ệ ầ u gi a hai đ u đo n m ch, bi

ặ ướ ầ ố ệ ề ế i đi n áp xoay chi u có giá tr  hi u d ng  và t n s  . Bi t đèn sáng khi ị ệ ụ ỉ ố ữ ự ủ ỏ ơ ữ ằ ờ ờ ệ ắ t trong m t chu kì c a dòng đi n là bao nhiêu? ạ ộ ệ ủ ề ừ ể ằ lúc ườ ể ầ ờ ng đ  hi u d ng là bao nhiêu? ạ ệ ạ ề

ượ ể ệ ằ ấ ầ c m y l n ? ứ ộ ệ ụ ứ ể ng đ  b ng không đ ằ ệ ừ ờ  th i đi m 0 s, dòng đi n có c ộ ữ ạ ộ ằ ứ ừ ờ ệ ạ

ị ệ ụ ầ ệ ể ệ ờ ả ả ạ ằ ờ

ị ằ ườ ừ ể ế ờ ể ạ ằ ả

ạ ộ ứ ạ ộ ứ ứ ệ ứ ệ ị ằ ườ ế ờ ộ ng đ  t c th i c a dòng đi n có giá tr  b ng 0,5 ộ ng đ  t c th i c a dòng đi n có giá tr  b ng 0,5 ầ ệ  0 (s) đ n 0,01 (s), c ệ  0 (s) đ n 0,01 (s), c ờ ữ I0 vào nh ng th i

ả ứ ừ m t t ụ ố ứ Khung dây quay quanh tr c đ i x ng đó v i v n t c 120vòng/phút.  ệ a. Tính t n s  c a su t đi n đ ng. ặ b. Ch n th i đi m t = 0 là lúc m t ph ng khung dây vuông góc v i đ th c su t đi n đ ng c m  ng trong khung dây. ấ ệ c. Su t đi n đ ng t ư ế ệ ỏ ế d. N u b  qua đi n tr  c a khung dây thì hi u đi n th  hai đ u khung dây có bi u th c nh  th   nào? ệ ẹ Bài 2: M t cu n dây d t hình ch  nh t có ti ể ộ   ộ ụ đáng k , quay v i v n t c 50 vòng/giây quanh m t tr c đi qua tâm và song song v i m t c nh. Cu n ặ dây đ t trong t ừ a. T  thông c c đ i có giá tr  b ng bao nhiêu? ệ ấ ế b. Vi ừ ẳ ph ng khung dây vuông góc v i c m  ng t ầ ệ Bài 3 : Bi u th c đi n áp xoay chi u gi a hai đ u m t đo n m ch đi n xoay chi u và c ầ ượ ạ dòng đi n ch y qua đo n m ch đi n đó l n l t là :  và , v i  ầ ố ị ự ạ ầ ố a. đo n m ch. ầ ố b. Xác đ nh giá tr  c c đ i, t n s  góc, chu kì, t n s , pha ban đ u c a dòng đi n ch y trong đo n  m ch.ạ  Xác đ nh đ  l ch pha gi a đi n áp gi a hai đ u đo n m ch và c c. ạ trong đo n m ch. ể Bài 4 : Bi u th c c ằ b ng giây (s). Tính t ườ c Bài 5. Dòng đi n xoay chi u ch y qua m t đo n m ch có bi u th c ,  ứ ữ ệ th c đi n áp  ệ ụ hi u d ng là 12 V. ộ Bài 6. M t đèn neon đ t d ệ đi n áp gi a hai c c c a nó không nh  h n (coi b ng ). T  s  gi a th i gian đèn sáng và th i gian  đèn t ạ ộ Bài 7. Dòng đi n xoay chi u ch y qua m t đo n m ch có bi u th c ,  tính b ng giây (s). Tính t ộ ằ ườ ng đ  b ng c , th i đi m đ u tiên mà dòng đi n có c ạ ộ Bài 8.  Dòng đi n xoay chi u ch y qua m t đo n m ch có bi u th c ,  tính b ng giây (s). Trong giây ườ ầ đ u tiên tính t ể ể ạ  th i đi m 0 s, Bài 9. Đi n áp gi a hai đ u m t đo n m ch có bi u th c ,  tính b ng giây (s). Tính t ờ ằ ị ứ tìm th i đi m đ u tiên đi n áp có giá tr  t c th i b ng giá tr  hi u d ng và đi n áp đang gi m ? ạ ể Bài 10. Dòng đi n ch y qua m t đo n m ch có bi u th c ,  tính b ng giây (s). Trong kho ng th i  ờ ủ I0 vào th i đi m nào? gian t ạ Bài 11. Dòng đi n ch y qua m t đo n m ch có bi u th c ,  tính b ng giây (s). Trong kho ng th i  ờ ủ ừ gian t ể đi m nào? Bài 12. Moät chieác ñeøn neâoân ñaët döôùi moät hieäu ñieän theá xoay chieàu 119 V – 50 Hz . Noù  chæ saùng leân khi hieäu ñieän theá töùc thôøi giöõa hai ñaàu boùng ñeøn lôùn hôn 84 v . Thôøi gian  boùng ñeøn saùng trong moät chu kì laø bao nhieâu ?