B
n
Trung tâm đáp ng nhu c u ng i h c ĐI M NH N VI T ứ ầ ườ ọ Ể Ấ Ệ VËt lÝ
12
───────────────────────────────────────────────────────
Ch ng Vươ : ĐI N XOAY CHI UỆ Ề
Ph n 1ầ : Lý thuy t chungế
Bài 1 : DÒNG ĐI N XOAY CHI UỆ Ề
A – Tóm t t lý thuy tắ ế
I/ Dòng đi n xoay chi u.ệ ề
1- T thông bi n thiênừ ế .
Công th c xác đ nh t thông: ứ ị ừ
α
cosNBS
=Φ
(Wb)
V i N s vòng dây , B là véc t t tr ng , S là di n tích khung dây.ớ ố ơ ừ ườ ệ
α
là góc t o b i véc t pháp tuy n và véc t t tr ng B.ạ ở ơ ế ơ ừ ườ
Gi s ta cho N,B,S không đ i . Ta cho khung dây quay đ n v i t n sả ử ổ ề ớ ầ ố
góc
ω
khi đó góc
α
s bi n thiên theo th i gian v i công th c :ẽ ế ờ ớ ứ
0
ϕωα
+=
t
(rad)
V y ta vi t l i công th c c a t thông nh sau:ậ ế ạ ứ ủ ừ ư
)cos(
00
ϕω
+Φ=Φ
t
(Wb)
V i ớ
NBS=Φ
0
(Wb)
2- Su t đi n đ ng xoay chi u.ấ ệ ộ ề
Theo đ nh lu t faraday khi t thông bi n thiên s sinh ra m t su t đi n đ ng c m ng là :ị ậ ừ ế ẽ ộ ấ ệ ộ ả ứ
)sin()sin(.
0000
'
ϕωϕωω
+=+Φ=Φ−=
∆
∆Φ
−=
tEt
t
E
c
v i ớ
ω
.
00
Φ=
E
(V)
Su t đi n đ ng trên g i là su t đi n đ ng xoay chi u.ấ ệ ộ ọ ấ ệ ộ ề
3- Hi u đi n th xoay chi u – Dòng đi n xoay chi u.ệ ệ ế ề ệ ề
Khi dùng su t đi n đ ng xoay chi u trên g n vào m t m ch nào đó thì trong m ch có dao đ ng đi nấ ệ ộ ề ắ ộ ạ ạ ộ ệ
c ng b c v i t n s b ng t n s c a su t đi n đ ng xoay chi u, khi đó hi u đi n th và dòng đi nưỡ ứ ớ ầ ố ằ ầ ố ủ ấ ệ ộ ề ệ ệ ế ệ
gi a hai đ u đo n m ch cũng là hi u đi n th và dòng đi n xoay chi u:ữ ầ ạ ạ ệ ệ ế ệ ề
(V)
)cos(
0i
tIi
ϕω
+=
(A)
Khi đó :
iu
ϕϕϕ
−=
G i là đ l ch pha c a hi u đi n th và dòng đi n.ọ ộ ệ ủ ệ ệ ế ệ
N u : ế
ϕ
> 0 Thì u s m pha h n so v i iớ ơ ớ
N u : ế
ϕ
< 0 Thì u tr pha h n so v i iễ ơ ớ
N u : ế
ϕ
= 0 Thì u đ ng pha so v i iồ ớ
4- Giá tr hi u d ng.ị ệ ụ
Giá tr hi u d ng c a m t đ i l ng trong dòng đi n xoay chi u là giá tr b ng v i giá tr c a dòngị ệ ụ ủ ộ ạ ượ ệ ề ị ằ ớ ị ủ
đi n không đ i. ệ ổ
)(
2
);(
2
);(
2
000
A
I
IV
U
UV
E
E
hdhdhd
===
5- T n s góc c a dòng đi n xoay chi u.ầ ố ủ ệ ề
GV : Tr ng Anh Tùng - Đt: 0905 199 451 – Mail : ươ anhtung1310@gmail.com Trang : 1
Trung tâm đáp ng nhu c u ng i h c ĐI M NH N VI T ứ ầ ườ ọ Ể Ấ Ệ VËt lÝ
12
───────────────────────────────────────────────────────
)/(2
2sradf
T
π
π
ω
==
Chú ý: - N u dòng đi n xoay chi u dao đ ng v i t n s f thì trong 1s nó đ i chi u 2f l n.ế ệ ề ộ ớ ầ ố ổ ề ầ
- N u pha ban đ u ế ầ ϕi =
2
π
−
ho c ặϕi =
2
π
thì ch giây đ u tiênđ i chi u (2f – 1) l n.ỉ ầ ổ ề ầ
- Nam châm đi n đ c t o ra b ng dòng đi n xoay chi u dao đ ng v i t n s f thì nó rung v iệ ượ ạ ằ ệ ề ộ ớ ầ ố ớ
t n s fầ ố ’ = 2f ho c t tr ng c a nó bi n thiên v i t n s fặ ừ ườ ủ ế ớ ầ ố ’ = 2f.
II/ Các m ch đi n xoay chi u.ạ ệ ề
1- M ch đi n ch ch a m t ph n t R,L,C.ạ ệ ỉ ứ ộ ầ ử
a. M ch đi n ch có đi n tr thu n R.ạ ệ ỉ ệ ở ầ
R
u
cùng pha v i ới,
0
u i
ϕ ϕ ϕ
= − =
:
U
IR
=
và
0
0
U
IR
=
L u ý:ư Đi n tr R cho dòng đi n không đ i đi qua và có ệ ở ệ ổ
U
IR
=
b. M ch đi n ch có cu n thu n c m L: ạ ệ ỉ ộ ầ ả
L
u
nhanh pha h n ơi là
,
2 2
u i
π π
ϕ ϕ ϕ
= − =
:
L
U
IZ
=
và
0
0
L
U
IZ
=
v i ZớL = ωL (
Ω
) là c m khángả
L u ý:ư Cu n thu n c m L cho dòng đi n không đ i đi qua hoàn toàn (không c n tr ).ộ ầ ả ệ ổ ả ở
c. M ch đi n ch có t đi n C: ạ ệ ỉ ụ ệ
C
u
ch m pha h n ậ ơ i là
,
2 2
u i
π π
ϕ ϕ ϕ
= − = −
:
C
U
IZ
=
và
0
0
C
U
IZ
=
v i ớ
1
C
ZC
ω
=
(
Ω
) là dung kháng.
L u ý:ư T đi n C không cho dòng đi n không đ i đi qua (c n tr hoàn toàn).ụ ệ ệ ổ ả ở
Chú ý: V i m ch ho c ch ch a L, ho c ch ch a C, ho c ch a LC không tiêu th công su t (ớ ạ ặ ỉ ứ ặ ỉ ứ ặ ứ ụ ấ
0P
=
)
ω ω ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ
ω ω ϕ
= =
= − =−
= =
0 0
u i
0 0
Ne�u cos t th� cos( t+ )
Ne�u cos t th� cos( t- )
i u i u
i I u U V i��
u U i I
2- M ch đi n RLC m c n i ti pạ ệ ắ ố ế .
a. T ng tr c a m ch.ổ ở ủ ạ
2 2
( )
L C
Z R Z Z= + −
(
Ω
)
V iớ : R : đi n tr thu n.ệ ở ầ
ZL = ωL (
Ω
) : C m khángả
1
C
ZC
ω
=
(
Ω
) : Dung kháng.
b. Đ l ch phaộ ệ c a dòng đi n và hi u đi n th : ủ ệ ệ ệ ế
tan ; sin ; os
L C L C
Z Z Z Z R
c
R Z Z
ϕ ϕ ϕ
− −
= = =
v i ớ
2 2
π π
ϕ
−
GV : Tr ng Anh Tùng - Đt: 0905 199 451 – Mail : ươ anhtung1310@gmail.com Trang : 2
R
L
C
••
α
n
r
B
r
ω
Trung tâm đáp ng nhu c u ng i h c ĐI M NH N VI T ứ ầ ườ ọ Ể Ấ Ệ VËt lÝ
12
───────────────────────────────────────────────────────
+ Khi ZL > ZC hay
1
LC
ω
>
⇒ ϕ > 0 thì u nhanh pha h n ơi.
+ Khi ZL < ZC hay
1
LC
ω
<
⇒ ϕ < 0 thì u ch m pha h n ậ ơ i.
+ Khi ZL = ZC hay
1
LC
ω
=
⇒ ϕ = 0 thì u cùng pha v i ới.
c. Đ nh lu t Ômị ậ :
Z
U
I
Z
U
I
==
;
0
0
d. Công su t t a nhi t trên đo n m ch RLCấ ỏ ệ ạ ạ
- Công su t t c th i: ấ ứ ờ
0
cos cos(2 )
u i
P UI U t
ϕ ω ϕ ϕ
= + + +
- Công su t trung bình: P = UIcosφ = Iấ2R.
B – Các d ng bài t p.ạ ậ
D ng 1ạ : Đ i c ng v dòng đi n xoay chi uạ ươ ề ệ ề
I/ Ph ng pháp.ươ
1. Đ i c ng v dòng đi n xoay chi uạ ươ ề ệ ề
• Cho khung dây d n ph ng có N vòng ,di n tích S quay đ u v i v n t c ẫ ẳ ệ ề ớ ậ ố ω,
xung quanh tr c vuông góc v i v i các đ ng s c t c a m t t tr ng đ u ụ ớ ớ ườ ứ ừ ủ ộ ừ ườ ề
có c m ng t .ả ứ ừ
a. T thông g i qua khung dâyừ ở :
0
cos( ) cos( ) ( )NBS t t Wb
ω ϕ ω ϕ
Φ = + = Φ +
;
T thông g i qua khung dây c c đ i ừ ở ự ạ
0
NBS
Φ =
b. Su t đi n đ ng xoay chi u:ấ ệ ộ ề
• su t đi n đ ng c m ng xu t hi n trong khung dây: ấ ệ ộ ả ứ ấ ệ e=E0cos(ωt+ϕ0).
Đ t ặE0= NBωS
• chu kì và t n s liên h b i: ầ ố ệ ở
22 f 2 n
T
π
ω = = π = π
v i n là s vòng quay trong 1 sớ ố
• Su t đi n đ ng do các máy phát đi n xoay chi u t o ra cũng có bi u th c t ng t nh trên.ấ ệ ộ ệ ề ạ ể ứ ươ ự ư
• Khi trong khung dây có su t đi n đ ng thì 2 đ u khung dây có đi n áp xoay chi u . N u khung ch aấ ệ ộ ầ ệ ề ế ư
n i vào t i tiêu th thì su t đi n đ ng hi u d ng b ng đi n áp hi u d ng 2 đ u đo n m ch E = Uố ả ụ ấ ệ ộ ệ ụ ằ ệ ệ ụ ầ ạ ạ
c. Giá tr hi u d ng :ị ệ ụ Ngoài ra, đ i v i dòng đi n xoay chi u, các đ i l ng nh đi n áp, su t đi nố ớ ệ ề ạ ượ ư ệ ấ ệ
đ ng, c ng đ đi n tr ng, … cũng là hàm s sin hay cosin c a th i gian, v i các đ i l ng này ộ ườ ộ ệ ườ ố ủ ờ ớ ạ ượ
=
0
2
I
I
0
2
U
U
=
0
2
E
E
=
d. Nhi t l ng to ra trên đi n tr R trong th i gian t n u có dòng đi n xoay chi u ệ ượ ả ệ ở ờ ế ệ ề i(t) = I0cos(ωt + ϕi)
ch y qua là Qạ Q = RI2t
Công su t to nhi t trên R khi có ddxc ch y quaấ ả ệ ạ ; P=RI2
GV : Tr ng Anh Tùng - Đt: 0905 199 451 – Mail : ươ anhtung1310@gmail.com Trang : 3
-U0 O u U0 u
N
ϕ
M
Trung tâm đáp ng nhu c u ng i h c ĐI M NH N VI T ứ ầ ườ ọ Ể Ấ Ệ VËt lÝ
12
───────────────────────────────────────────────────────
2. Quan h gi a dòng đi n xoay chi u v i vòng tròn l ng giác.ệ ữ ệ ề ớ ượ
a.Ta dùng m i liên h gi a dao đ ng đi u hoà và chuy n đ ng ố ệ ữ ộ ề ể ộ
tròn đ u đ tính. ề ể
Theo l ng giác :ượ
0
u = U cos(ωt + φ)
đ c bi u di nượ ể ễ
b ng vòng tròn tâm O bán kính Uằ0 , quay v i t c đ góc ớ ố ộ
ω
,
+Có 2 đi m M ,N chuy n đ ng tròn đ u có hình chi u lên Ou là u, ể ể ộ ề ế
nh ng N có hình chi u lên Ou có u đang tăng (v n t c là d ng) ,ư ế ậ ố ươ
còn M có hình chi u lên Ou có u đang gi m (v n t c là âm )ế ả ậ ố
+ Ta xác đ nh xem vào th i đi m ta xét đi n áp u có giá tr u và đang bi n ị ờ ể ệ ị ế
đ i th nào ( ví d chi u âm )ổ ế ụ ề
ta ch n M r i tính góc ọ ồ
ˆ
MOA
ϕ
=
;
còn n u theo chi u d ng ta ch n N và tính ế ề ươ ọ
ˆ
NOA
ϕ
= −
theo l ng giác ượ
b. Dòng đi n xoay chi u i = Iệ ề 0cos(2
π
ft +
ϕ
i)
* M i giây đ i chi u 2f l nỗ ổ ề ầ
* N u cho dòng đi n qua b ph n làm rung dây trong hi n t ng sóng ế ệ ộ ậ ệ ượ
d ng thì dây rung v i t n s 2fừ ớ ầ ố
c. Công th c tính th i gian đèn huỳnh quang sáng trong m t chu kỳứ ờ ộ
Khi đ t đi n ápặ ệ u = U0cos(ωt + ϕu) vào hai đ u bóng đèn, bi t đèn ch sáng ầ ế ỉ
lên khi
u
≥ U1. G i ọ
t
∆
là kho ng th i gian đèn sáng trong m t chu kỳả ờ ộ
4
t
ϕ
ω
∆
∆ =
V i ớ
1 0
ˆ
∆ =
M OU
ϕ
;
1
0
cos U
U
ϕ
∆ =
, (0 < ∆ϕ < π/2)
3. Đi n l ng chuy n qua ti t di n s i dây.ệ ượ ể ế ệ ợ
+Điện l ng qua ti t di n S trong th i gian t là q v i : q = i.tượ ế ệ ờ ớ
+Đi n l ng qua ti t di n S trong th i gian t tệ ượ ế ệ ờ ừ 1 đ n tế2 là Δq : Δq=i.Δt
2
1
.
t
t
q i dt
=
II/ Bài t pậ :
Câu 1. Phát bi u nào sau đây là ểkhông đúng?
A. Đi n áp bi n đ i đi u hoà theo th i gian g i là đi n áp xoay chi u.ệ ế ổ ề ờ ọ ệ ề
B. Dòng đi n có c ng đ bi n đ i đi u hoà theo th i gian g i là dòng đi n xoay chi u.ệ ườ ộ ế ổ ề ờ ọ ệ ề
C. Su t đi n đ ng bi n đ i đi u hoà theo th i gian g i là su t đi n đ ng xoay chi u.ấ ệ ộ ế ổ ề ờ ọ ấ ệ ộ ề
D. Cho dòng đi n m t chi u và dòng đi n xoay chi u l n l t đi qua cùng m t đi n tr thì chúng toệ ộ ề ệ ề ầ ượ ộ ệ ở ả
ra nhi t l ng nh nhauệ ượ ư .
Câu 2. Trong các đ i l ng đ c tr ng cho dòng đi n xoay chi u sau đây, đ i l ng nào không dùng giáạ ượ ặ ư ệ ề ạ ượ
tr hi u d ng?ị ệ ụ
A. Đi n áp . ệB. C ng đ dòng đi n. ườ ộ ệ C. Su t đi n đ ng. ấ ệ ộ D. Công su tấ.
Câu 3. Đ t m t đi n áp xoay chi u có giá tr hi u d ng U và t n s f thay đ i vào hai đ u m t đi nặ ộ ệ ề ị ệ ụ ầ ố ổ ầ ộ ệ
tr thu n R. Nhi t l ng to ra trên đi n trở ầ ệ ượ ả ệ ở
A. T l v i fỉ ệ ớ 2B. T l v i Uỉ ệ ớ 2 C. T l v i fỉ ệ ớ D. B và C đúng
Câu 4. Ch n câu ọĐúng. Các giá tr hi u d ng c a dòng đi n xoay chi u:ị ệ ụ ủ ệ ề
GV : Tr ng Anh Tùng - Đt: 0905 199 451 – Mail : ươ anhtung1310@gmail.com Trang : 4
U
u
O
M'2
M2
M'1
M1
-U U
0
01
-U
1
Sáng Sáng
T tắ
T tắ
Trung tâm đáp ng nhu c u ng i h c ĐI M NH N VI T ứ ầ ườ ọ Ể Ấ Ệ VËt lÝ
12
───────────────────────────────────────────────────────
A. đ c xây d ng d a trên tác d ng nhi t c a dòng đi n. ượ ự ự ụ ệ ủ ệ B. đ c đo b ng ampe kượ ằ ế
nhi t. ệ
C. b ng giá tr trung bình chia cho ằ ị
2
. D. b ng giá tr c c đ i chia cho 2.ằ ị ự ạ
Câu 5: M t khung dây d t hình tròn ti t di n S và có N vòng dây, hai đ u dây khép kín, quay xungộ ẹ ế ệ ầ
quanh m t tr c c đ nh đ ng ph ng v i cu n dây đ t trong t tr ng đ u ộ ụ ố ị ồ ẳ ớ ộ ặ ừ ườ ề
B
có ph ng vuông góc v iươ ớ
tr c quay. T c đ góc khung dây là ụ ố ộ
ω
. T thông qua cu n dây lúc t > 0 là:ừ ộ
A.
Φ
= BS. B.
Φ
= BSsin
ω
.
C.
Φ
= NBScos
ω
t. D.
Φ
= NBS.
Câu 6. M t dòng đi n xoay chi u có c ng đ ộ ệ ề ườ ộ
2 2 cos(100 / 6)
= +
i t
π π
(A. . Ch n Bài phát bi u ọ ể sai.
A. C ng đ hi u d ng b ng 2 (A) .ườ ộ ệ ụ ằ B. Chu kỳ dòng đi n là 0,02 (s).ệ
C. T n s là 100ầ ố π. D. Pha ban đ u c a dòng đi n là ầ ủ ệ π/6.
Câu 7. M t thi t b đi n xoay chi u có các đi n áp đ nh m c ghi trên thi t b là 100 V. Thi t b đó ch uộ ế ị ệ ề ệ ị ứ ế ị ế ị ị
đ c đi n áp t i đa là: ượ ệ ố
A. 100 V B. 100
2
V C. 200 V D. 50
2
V
Câu 8 : Hãy xác đ nh đáp án đúng .Dòng đi n xoay chi u i = 10 cos100ị ệ ề
π
t (A),qua đi n tr R = 5ệ ở
Ω
.Nhi t l ng t a ra sau 7 phút là : ệ ượ ỏ
A .500J. B. 50J . C.105KJ. D.250 J
Câu 9: bi u th c c ng đ dòng đi n là i = 4.cos(100ể ứ ườ ộ ệ
π
t -
π
/4) (A). T i th i đi m t = 0,04 s c ng đạ ờ ể ườ ộ
dòng đi n có giá tr làệ ị
A. i = 4 A B. i = 2
2
A C. i =
2
A D. i = 2 A
Câu 10: T thông qua m t vòng dây d n là ừ ộ ẫ
( )
2
2.10 cos 100 4
t Wb
π
π
π
−
� �
Φ = +
� �
� �
. Bi u th c c a su t đi nể ứ ủ ấ ệ
đ ng c m ng xu t hi n trong vòng dây này là ộ ả ứ ấ ệ
A.
2sin 100 ( )
4
e t V
π
π
� �
= − +
� �
� �
B.
2sin 100 ( )
4
e t V
π
π
� �
= +
� �
� �
C.
D.
2 sin100 ( )e t V
π π
=
Câu 11.T i th i đi m t, đi n áp ạ ờ ể ệ
200 2 cos(100 )
2
u t
π
π
= −
(trong đó u tính b ng V, t tính b ng s) cóằ ằ
giá tr ị
100 2V
và đang gi m. Sau th i đi m đóả ờ ể
1
300 s
, đi n áp này có giá tr làệ ị
A. −100V. B.
100 3 .V
C.
100 2 .V
−
D. 200 V.
Câu 12. Vào cùng m t th i đi m nào đó, hai dòng đi n xoay chi u iộ ờ ể ệ ề 1 = Iocos(ωt + ϕ1) và i2 = Iocos(ωt +
ϕ2) đ u cùng có giá tr t c th i là 0,5Iề ị ứ ờ o, nh ng m t dòng đi n đang gi m, còn m t dòng đi n đang tăng.ư ộ ệ ả ộ ệ
Hai dòng đi n này l ch pha nhau m t góc b ng. ệ ệ ộ ằ
A.
6
5
π
B.
3
2
π
C.
6
π
D.
3
4
π
GV : Tr ng Anh Tùng - Đt: 0905 199 451 – Mail : ươ anhtung1310@gmail.com Trang : 5