Tóm tắt lý thuyết vật lý 12 chương 3 hay nhất

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 3 hay
nhất
Tổng hợp Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 chương 3 hay nhất, đầy đủ nhất giúp bạn củng cố kiến
thức và ôn tập tốt hơn.

Mục lục nội dung
Lý thuyết Đại cương về dịng điện xoay chiều

• Lý thuyết Các mạch điện xoay chiều chỉ chứa một phần tử

• Lý thuyết Mạch có R, L , C mắc nối tiếp

• Lý thuyết Công suất điện tiêu thụ của mạch xoay chiều. Hệ số cơng suất

• Lý thuyết Truyền tải điện năng máy biến áp

• Lý thuyết Máy phát điện xoay chiều

• Lý thuyết Động cơ không đồng bộ ba pha


Lý thuyết Đại cương về dòng điện xoay chiều
I) Dòng điện xoay chiều:
- Khái niệm: là dịng điện có cường độ là hàm số sin hoặc cos của thời gian.
i = I0 cos(ωt + φ)
- Những đại lượng đặc trưng:
i : cường độ dòng điện tức thời.
I0: cường độ dòng điện cực đại.
ω: tần số góc w = 2π/T = 2πf
ωt + φ: pha dao động của i
φ: pha ban đầu của i

I = I0/√2 : cường độ dòng điện hiệu dụng. Ý nghĩa: nếu thay dòng điện xoay chiều có cường
độ dịng điện cực đại là I0 bằng một dịng điện khơng đổi, để tác dụng của 2 dịng điện này là như
nhau (cơng suất như nhau) thì dịng một chiều phải có cường độ là I.
Khi tính tốn, đo lường, ... các đại lượng của mạch điện xoay chiều, người ta chủ yếu tính
hoặc đo các giá trị hiệu dụng.
II) Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều.


Nguyên tắc: dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi cho khung dây có N vịng dây, có diện
tích S, quay đều quanh trục của nó với tốc độ góc ω, trong một từ trường đều B→, có phương
vng vng góc với trục quay. Tại thời điểm ban đầu góc giữa B→ và vec tơ pháp
tuyến n→ của mặt phẳng khung dây là φ
Tại thời điểm t, từ thông qua cuộn dây:
ф = NBScos⁡α = NBS cos⁡(ωt + φ)
Khi đó trong mạch xuất hiện một suất điện động cảm ứng:

Nếu cuộn dây khép kín có điện trở R thì cường độ dòng cảm ứng trong mạch là:

Đây là dòng điện xoay chiều.

Lý thuyết Các mạch điện xoay chiều chỉ chứa một phần tử
Nếu cường độ dòng điện xoay chiều trong mạch có dạng i = I0cos⁡(ωt)
Thì điện áp xoay chiều giữa hai đầu đoạn mạch có dạng u = U0cos⁡(ωt + φ)
φ là độ lệch pha giữa u và i:

→ u,i có cùng tần số góc, chỉ cần đi tìm mối quan hệ giữa biên độ và độ lệch pha φ.
Bảng so sáng các mạch điện chứa các phần tử khác nhau


Lý thuyết Mạch có R, L , C mắc nối tiếp

I) Định luật Ôm cho đoạn mạch R, L, C mắc nối tiếp
* Xét mạch điện gồm một điện trở R, một cuộn cảm thuần L và một tụ điện C mắc nối tiếp.

Giả sử cường độ dòng điện xoay chiều trong mạch là: i = I√2 cos⁡(ωt)
Khi đó hiện điện thế giữa 2 đầu điện trở, cuộn cảm và tụ điện lần lượt là:
uR = IR√2 cos⁡(ωt)
uL = IZL√2 cos⁡(ωt + π/2)
uC = IZC√2 cos⁡(ωt - π/2)
→ Hiệu điện thế giữa 2 đầu đoạn mạch là: u = uR + uL + uC (1)
Sử dụng phương pháp giản đồ Fre-nen để thay phép tổng đại số các đại lượng xoay chiều
bằng phép tổng vectơ quay tương ứng.


uL = IZL√2 cos⁡(ωt + π/2)
uC = IZC√2 cos⁡(ωt - π/2)
→ Hiệu điện thế giữa 2 đầu đoạn mạch là: u = uR + uL + uC (1)
Sử dụng phương pháp giản đồ Fre-nen để thay phép tổng đại số các đại lượng xoay chiều
bằng phép tổng vectơ quay tương ứng.
Khi đó phương trình (1) trở thành

(được biểu diễn như hình vẽ)


được gọi là trở kháng của mạch.
II) Độ lệch pha giữa điện áp và dịng điện.
Từ hình vẽ ta có: tan⁡φ = (UL - UC)/UR = (ZL - ZC)/R
Với φ là độ lệch pha của u với i: φ = φu - φi
Nếu ZL > ZC : u sớm pha hơn i một góc φ
Nếu ZL < ZC : u trễ pha hơn i một góc φ
III) Hiện tượng cộng hưởng.

Khi ZL = ZC ↔ ωL = 1/ωC ↔ ω2LC = 1
thì tan⁡φ = 0 nên

Đó là hiện tượng cộng hưởng điện.

Lý thuyết Công suất điện tiêu thụ của mạch xoay chiều. Hệ số công suất
I) Công suất của mạch điện xoay chiều.
* Xét mạch điện xoay chiều có điện áp tức thời giữa hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng
điện xoay chiều trong mạch lần lượt là:
u = U√2cos⁡(ωt)


i = I√2cos⁡(ωt + φ)
- Công suất tức thời của đoạn mạch là p = ui = 2UIcos⁡(ωt) cos⁡(ωt + φ)
= UI[cosφ + cos⁡(2ωt + φ)]
- Cơng suất trung bình trong một chu kỳ T là:

trong 1 T
- Nều thời gian dùng điện t >> T thì P cũng là cơng suất tiêu thụ điện trung bình của mạch
trong thời gian t: P = UIcosφ
II) Hệ số công suất
- Trong đó cos φ được gọi là hệ số cơng suất ( vì - π/2 < φ < π/2 nên 0 < cosφ < 1).
- Ý nghĩa cosφ: thể hiện tỷ lệ giữa khả năng cung cấp công suất điện cho mạch (UI) và công
suất điện thực tế tiêu thụ trong mạch
- Từ hình vẽ giản đồ vecto của mạch RLC mắc nối tiếp ta có:

- Nhận xét: Như vậy điện năng chỉ tiêu thụ trên R mà không tiêu thụ trên L và C.
- Biến đổi cơng thức tính cơng suất:

- Khi đó điện năng tiêu thụ của mạch trong khoảng thời gian t là: W= P.t

Lý thuyết Truyền tải điện năng máy biến áp


I) Cơng suất hao phí khi truyền tải điện năng.
Điện năng được truyền từ nhà máy phát điện đến nơi tiêu thụ nhờ đường dây có điện trở r.
Giả sử công suất phát điện tại nhà máy là Pphát = UphátIcos⁡φphát
Khi đó cơng suất hao phí trên đường dây là Php = I2r
Do mắc nối tiếp nên cường độ dòng điện phát đi cũng bằng cường độ dòng điện trên dây nên

Nhận xét: Muốn giảm cơng suất hao phí trên đường dây ta có thể
+ Giảm

thay đồng bằng vật liệu dẫn điện tốt hơn như bạc, vật liệu siêu dẫn,... → tốn kém. Tăng diện tích
dây → khối lượng đồng tăng lên, lượng cột điện tăng lên → tốn kém.
+ Tăng hiệu điện thế nơi phát: khi Uphát tăng 10 lần thì Php giảm 100 lần → hiểu quả, khơng tốn
kém→ cần một thiết bị biến đổi điện áp.
Hiệu suất truyền tải điện năng:

II) Máy biến áp:
- Khái niệm: máy biến áp là máy có thể biến đổi điện áp xoay chiều.
- Kí hiệu: như hình bên.


- Phân loại:
+) Máy tăng áp: máy làm tăng hiệu điện thế xoay chiều.
+) Máy giảm áp: máy làm giảm hiệu điện thế xoay chiều.
- Cấu tạo: 2 bộ phận chính:
+) Lõi biến áp: một khung sắt non có pha silic giúp truyền tồn bộ từ thơng từ cuộn dây
này sang cuộn dây kia.

+) Hai cuộn dây D1,D2 quấn trên 2 cạnh đối diện của khung, có điện trở nhỏ và hệ số tự
cảm lớn, có số vịng dây lần lượt là N1,N2. Cuộn dây nối vào nguồn phát điện gọi là cuộn sơ cấp,
cuộn dây được nối ra các cơ sơ tiêu thụ là cuộn thứ cấp .
- Nguyên tắc hoạt động: dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ.
Khi đặt một hiệu điện thế xoay chiều có giá trị hiệu dụng là U1 vào đầu cuộn dây sơ cấp có
N1 vịng, tạo ra một dịng xoay chiều có giá trị hiệu dụng là I1 . Nhờ lõi biến áp mà từ thơng ở
mỗi vịng dây của cuộn sơ cấp ln bằng từ thơng ở mỗi vịng dây của cuộn thứ cấp đều bằng Ф.
Vì dịng điện xoay chiều nên tư thơng do nó sinh ra cũng biến thiên điều hòa với cùng tần số. nên
ở cuộn thứ cấp sẽ xuất hiện một hiệu điện thế thứ cấp có giá trị hiệu dụng là U2 và có cường độ
dịng điện có giá trị hiệu dụng là I2.


- Ứng dụng: nấu chảy kim loại, hàn điện, dùng trong truyền tải điện năng. ở nhà máy phát
điện cần sử dụng máy tăng áp đẻ tăng hiệu điện thế trước khi phát làm giảm hao phí trên đường
dây, ở nơi tiêu thụ cần máy hạ áp để có hiệu điện thế phù hợp để sử dụng,...
- Thực nghiệm chứng minh:

Nếu máy biến áp lý tưởng ( khơng có hao phí điện năng P1 = P2)

Lý thuyết Máy phát điện xoay chiều
I) Máy phát điện xoay chiều một pha.

- Khái niệm: là máy tạo ra một suất điện động xoay chiều hình sin.
- Cấu tạo: phần cảm: các nam châm
Phần ứng: các cuộn dây nối với nhau.
Phần nào quay sẽ được gọi là rôto, phần nào đứng yên sẽ gọi là stato.
- Nguyên tắc hoạt động: dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ. Phần cảm với p nam châm (p
cặp cực) tạo ra một từ thông xuyên qua phần ứng (khung dây). Khi một trong hai bộ phận quay

với tốc độ n (vịng/s) thì từ thơng qua phần ứng sẽ biên thiên với tần số f = pn, nên ở phần ứng sẽ
có một suất điện động xoay chiều hình sin cùng tần số f.
II) Máy phát điện xoay chiều ba pha.

- Khái niệm: là máy tạo ra ba suất điện động xoay chiều hình sin cùng tần số, cùng biên độ và
lệch pha nhau 2π/3.
- Cấu tạo: Ba cuộn dây hình trụ giống nhau gắn cố định trên 1 vành trịn tại 3 vị trí đối xứng.
Một nam chân quay quanh trục O với tốc độ góc ω không đổi
- Nguyên tắc hoạt động: tương tự máy phát điện xoay chiều một pha. Khi nam châm quay ừ
thông của mỗi cuộn dây sẽ biên thiên với tần số góc ω, cùng biên độ, nhưng lệch pha nhau 2π/3(
do ba cuộn dây được đặt tại 3 vị trí đối xứng ( 3 trục của 3 cuộn dây đồng quy tại O và lệch nhau
2π/3)
- Ứng dụng: tạo ra dòng điện xoay chiều ba pha: là hệ 3 dòng điện xoay chiều hình sin có
cùng tần số, nhưng lệch pha nhau 2π/3, nếu tải là đối xứng thì 3 dịng điện có cùng biên độ.
Ưu điểm của dịng điện ba pha: truyền tải điện năng đi xa tiết kiệm dây, cung cấp điện cho
các độ cơ điện ba pha, dùng phổ biến trong các nhà máy xí nghiệp.

Lý thuyết Động cơ không đồng bộ ba pha
I) Động cơ không đồng bộ.
- Từ trường quay: là từ trường có các vectơ cảm ứng từ B ⃗ quay trong không gian. VD: khi 1
nam châm quay quanh 1 trục sẽ tạo ra từ trường quay.


- Sự quay đồng bộ: là hai vật quay với cùng 1 tốc độ góc. VD: đặt nam châm thử giữa 2 cực
của một nam châm chữ U đang quay đều với tốc độ góc ω, nam châm thử cũng sẽ quay đều với
tốc độ góc ω
- Sự quay khơng đồng bộ: là hai vật quay với tốc độ khác nhau.
VD: đặt một khung dây kín giữa 2 cực của một nam châm chữ U đang quay đều với tốc độ
góc ω quanh trục ∆, khung dây cũng có thể quay xung quanh trục này. Khi nam châm quay từ
thông qua khung dây biên thiên nên xuất hiện một dòng điện cảm ứng trong khung dây ( hiện

tượng cảm ứng điện từ). khi đó lực từ sẽ tác dụng mơmen ngẫu lực lên khung dây làm khung dây
quay nhanh dần đuổi theo từ trường. Tuy nhiên khi tốc độ của khung dây tăng lên thì tốc độ biến
thiên từ thơng giảm đi, dòng điện trong khung dây giảm đi mo mem ngẫu lực lại giảm đi cứ thế
cho đến khi momen lực từ cân bằng với mơmen lực cản thì khung dây sẽ quay đều với tốc độ góc
nhỏ hơn tốc độ góc của nam châm.

Động cơ khơng đồng bộ: là động cơ hoạt động dựa trên nguyên tắc quay không đồng bộ.
II) Động cơ không đồng bộ ba pha
- Khái niệm: là động cơ sử dụng dòng điện ba pha để tạo ra sự quay không đồng bộ.
- Cấu tạo:
Stato: là bộ phân tạo ra từ trường quay: gồm ba cuộn dây giống hệt nhau đặt tai 3 vị trí đối
xứng trên một vịng trịn.
Rơto: là khung dây dẫn có thể quay dưới tác dụng của từ trường quay đặt trong lịng stato (để
tăng hiệu quả thì ta ghép nhiều khung dây đồng trục quay gọi là rôto lồng sắt)


- Nguyên tắc hoạt động: Khi cho dòng điện xoay chiều 3 pha, tần số ω đi qua 3 cuộn dây của
stato, tại tâm O của vịng trịn sẽ có một từ trường quay với tần số ωB bằng tần số ω. Khi đó từ
trường quay sẽ làm rơto quay theo với tốc độ góc ω' ln nhỏ hơn ω
hay

ω = ωB > ω'