LÝ12:DẠNG BT_ĐIỆN

ÔN T ẬP MÔN VẬT LÝ LỚP 12
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------
CÁC DẠNG BÀI TẬP ĐIỆN XOAY CHIỀU - CÁCH TẠO RA DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU
Cách giải: Thường làm tuần tự theo các bước sau:
Bước1: Xác định góc φ: là góc tạo bởi véctơ cảm ứng từ
B
và véctơ pháp tuyến
n
của mặt phẳng khung dây
tại thời điểm ban đầu t = 0
Bước 2: Viết biểu thức từ thông tức thời gửi qua khung giây : ф = Φ
0
cos(ωt + φ) = NBScos(ωt + φ)
Trong đó: + ω là tần số góc = tốc độ góc của khung dây quay quanh trục
+ Ф
0
= NBS là từ thông cực đại gửi qua khung dây (đơn vị: wb - vêbe)
+ N là số vòng dây của khung
+ S là diện tích của khung dây (đơn vị: m
2
)
+ B độ lớn véctơ cảm ứng từ (đơn vị: T - tesla)
Bước 3: Viết biểu thức suất điện động tức thời trong khung dây ( bằng - đạo hàm bậc nhất theo thời gian của từ
thông): e = - ф’ = -ωФ
0
sin(ωt + φ) = -E
0
sin(ωt + φ) = E
0
cos(ωt + φ + π/2)
Trong đó: + E

0
= ωФ
0
là suất điện động cực đại trong khung dây (đơn vị: V - vôn)
+ E = E
0
/√2 là suất điện động hiệu dụng trong khung dây (đơn vị: V - vôn)
Bước 4: Nếu khung dây kín có điện trở R thì dòng điện xuất hiện trong khung dây là:
+ cường độ dòng điện tức thời: i = e/R = E
0
/Rcos(ωt + φ + π/2)
+ cường độ hiệu dụng: I = E/R
Chú ý: Nếu khung dây hở thì khi ta nối hai đầu khung dây với moạch ngoài thì trong mạch ngoài xuất hiện
dòng điện xoay chiều và hai đầu mạch xuất hiện điện áp xoay chiều biến thiên cùng tần số với suất điện động.
Bài tập cơ bản
Bài1. Một khung dây có diện tích S = 60cm
2
quay đều với vận tốc 20vòng trong một giây. Khung đặt trong từ
trường đều B = 2.10
-2
T. Trục quay của khung vuông góc với đường cảm ứng từ, tại thời điểm ban đầu mặt
phẳng khung song song với đường cảm ứng từ.
a. Xác định chu kì, tần số góc của khung dây
b. viết biểu thức suất điện động trong khung dây
c. Nếu khung dây là kín có điện trở 0,5Ώ hãy xác định cường độ hiệu dụng trong khung
Bài2. Một khung
SẢN XUẤT - TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG
Lý thuyết:
I. Máy phát điện xoay chiều một pha
1. Nguyên tắc hoạt động:

- Dựa vào hiện tượng cẳm ứng điện từ
- Cho khung dây dẫn có diện tích S có N vòng dây, quay đều quanh trục đối xứng của nó trong một từ trường
đều
B
có phương vuông góc với trục, với vận tốc góc ω, trong khung dây xuất hiện một suất điện động xoay
chiều: e = - ф’ = ωNBSsin(ωt + φ) = E
0
sin(ωt + φ). Suất điện động này tạo ra ở mạch ngoài ( mạch tiêu thụ)
một dòng điện xoay chiều.
2. Cấu tạo: gồm hai bộ phận chính: đó là phần cảm và phần ứng
a) phần cảm: bộ phận tạo ra từ trương ( Nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện)
b) Phần ứng: bộ phận tạo ra suất điện động ( khung dây hay cuộn dây)
Một trong hai phần có thể quay gọi là Rôto, phần đứng yên gọi là Stato.
c) Ngoài ra còn có thể có thêm bộ góp ( Bộ phận đưa dòng điện từ khung dây ra mach ngoài): nó gồm vành
khuyên và chổi quét. Bộ phận này chỉ có khi phần ứng (cuộn dây) quay - tức phần ứng là roto.
d) Tần số của dòng điện do máy phát tạo ra:
- Giả sử máy chỉ có một khung dây để tạo ra dòng điện có tần số 50Hz (tần số dòng điện thường dùng) thì roto
phải quay với tốc độ 50vòng/giây = 3000vòng/phút, tốc độ này rất lớn sẽ dễ làm hỏng trục quay
- Trong kĩ thuật để giảm tốc độ quay và tăng suất điện động thì người ta chế tạo máy phát có nhiều cuộn dây
mắc nối tiếp, mỗi cuộn dây thì phải có mỗi cặp cực từ. khi đó tần số của dòng điện được xác định theo công
thức: f =
p
n
60
Trong đó: p: số cặp cực từ = số cuộn dây
n: số vòng quay của roto trong một phút
f : tần số dòng điện ( có đơn vị Hz)
II. Máy phát điện xoay chiều ba pha -Dòng điện xoay chiều ba pha
1. Cấu tạo của máy phát điện xoay chiều ba pha: Gồm hai bộ phận chính
a) Phấn cảm là Rôto: đó là một nam châm quay xung quanh trục để sinh ra từ trường biến thiên.

b) Phần ứng là Stato: gồm ba cuộn dây riêng rẽ hoàn toàn giống hệt nhau, nhưng bố trí lệch nhau 1/3 vòng tròn
tức lệch nhau 120
0
trên stato.
2. Hoạt động:
- dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ
- Khi nam châm quay đều thì từ thông qua mỗi khung dây
biển thiên điều hoà, kết quả là ở ba cuộn dây xuất hiện ba
suất điện động xoay chiều.
-vì do một từ trường tạo ra nên ba suất điện động cùng tần số
Ba cuộn dây giống hệt nhau nên cùng giá trị cực đại,
Ba suất điện động không cực đại đồng thời mà chúng
lậch nhau 1/3T do đó lệch pha nhau 2π/3
kết quả khi máy hoạt động thì ở ba cuộn dây xuất hiện ba suất điện xoay chiều biến thiên cùng tần số, có cùng
giá trị cực đại nhưng lệch pha nhau 120
0
tức 2π/3
e
1
= E
0
cosωt
e
2
= E
0
cos(ωt - 2π/3)
e
3
= E

0
cos(ωt + 2π/3)
- Nếu nối các đầu dây của ba cuộn dây với ba mạch ngoài giống nhau thì dòng điện trong ba mạch đó cũng lệch
pha nhau 120
0
i
1
= I
0
cosωt
i
2
= I
0
cos(ωt - 2π/3)
i
3
= I
0
cos(ωt + 2π/3)
3. Cách mắc mạch điện 3 pha
- Để phát huy ưu điểm của dòng điện ba pha người ta thường mắc theo hai cách hình sao hoặc tam giác
a. Máy phát mắc hình sao, tải tiêu thụ mắc hình sao:
U
d
=
3
U
p
I

d
= I
p
b. Máy phát mắc hình tam giác, tải mắc hình tam giác:
U
d
= U
p
I
d
=
3
I
p
Trong đó:
U
d
: là điện áp giữa hai dây pha với nhau
U
P
: là điện áp giữa hai đầu một cuộn dây của máy phát = điện áp giưa một dây pha với dây trung hoà
I
d
: là cường độ hiệu dụng chạy trong một dây pha
I
p
; là cường độ hiệu dụng trong một cộn dây của máy phát = cường độ hiệu dụng chạy qua một tải
c. Máy phát mắc hình sao, tải mắc tam giác( 3 tải nối thành một tam giác, 3 đầu nối lại nối với 3 dây pha
của mạng điện hình sao từ máy phát kéo về). Khi đó:
+ U

tải
= U
d
=
3
U
p
+ I
d
=
3
I
tải
Với: U
tải
; I
tải
: là điện áp hai đầu một tải, cường độ hiệu dụng chạy qua một tải
U
d
; U
p
: là điện áp dây và điện áp pha của máy phát
III. Động cơ không đồng bộ ba pha
1. Nguyên tắc chung:
N


S
Biến đổi cơ năng thành điện năng trên cơ sở hiện tượng cảm ứng điện từ và sử dụng từ trường quay.

2. Cách tạo ra từ trường quay bằng dòng điện 3 pha:
- Cho dòng điện xoay chiều ba pha đi vào trong ba cuộn dây dẫn giống hệt nhau
đặt tại 3 vị trí nằm trên một vòng tròn sao cho các trục của 3 cuộn dây ấy đồng
quy tại tâm O của vòng tròn đó và hợp với nhau những góc 120
0

- Giải thích với cách trên từ trường tổng hợp tại O sẽ quay:
Do dòng điện 3 pha chạy vào ba cuộn dây giống nhau nên từ trường do 3 cuộn dây gây ra cùng biến thiên điều
hoà cùng tần số với dòng điện, cùng giá trị cực đại nhưng lệch pha nhau 2π/3.
giả sử ở thời điểm nào đó ( ví dụ t = T/4) từ trường của cuộn 1 cực đại bằng B
1
và hường tưg trong ra ngoài
cuộn dây 1, khi đó từu trường các cuộn dây 2 và 3 có giá trị âm B
2
= B
3
= -B
1
/2 nghĩa là hướng từ ngoài vào
trong các cuộn dây đó. Như vậy từ trường tổng hợp
B
tại O của 3 cuộn dây sẽ cùng hướng với
1
B
, có độ lớn
B = 2B
1;
Lập luận tương tự ta thấy rằng sau 1/3 chu kì từ trường tổng hợp lại hướng từ cuộn 2 ra ngoài và sau
1/3 chu kì nữa
B

lại hướng từ cuộn 3 ra ngoài. Kết quả từ là từ trường tổng hợp của 3 cuộn dây tại tâm O quay
đều quanh O với tốc độ bằng tần số góc của dòng điện, có độ lớn không đổi B = 2B
1
= 2B
2
= 2B3.
3. Cấu tạo:
gồm hai bộ phận chính
a. Stato: gồm 3 cuộn dây giống hệt nhau quấn trên lõi thép kĩ thuật điện đặt lệch nhau 120
0
trên một vòng tròn
để tạo ra từ trường quay.
b. Roto: là một hình trụ có tác dụng như một cuộn dây quấn trên lõi thép.
4. Hoạt động:
khi mắc động cơ vào mạng điện 3 pha, từ trường quay do Stato gây ra làm cho Roto quay theo với tốc độ nhỏ
hơn tốc độ quay của từ trường, với lí do này nên ta gọi động cơ không đồng bộ.
5. Công suất tiêu thụ của động cơ:
a. Công suất động cơ: P = UIcosφ = P
cơ năng
+ P
nhiệt
-Với P
nhiệt
= I
2
R là công suất toả nhiệt vô ích. Điện trở R là của cuộn dây, I là cường độ dòng điện hiệu dụng
chạy qua cuộn dây.
- Công suất tiêu thụ của một pha là: P
1
= U

p
I
p
cosφ = P
cơ
+ P
nhiệt
Công suất tiêu thụ của động cơ 3 pha là: P = 3P
1
- cosφ : là hệ số cong suất của động cơ
b. Hiệu suất của động cơ:
nhietco
coco
PP
P
P
P
H
+
==
Một số bài toán dễ quên
Bài1.( Đề trường bộ lần3-năm 2010)
Một động cơ điện xoay chiều có hệ số công suất là cosφ = 0,9. Điện trở dây quấn là R = 18Ω. Khi mắc động cơ
điện vào điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng U = 220V thí sinh ra một công suất P = 180W. Cường độ dòng
điện hiệu dụng qua động cơ là
Ptiêu thụ của động cơ = UIcosφ = Pcơ năng + Ptoả nhiệt
VI. Máy biến áp
1. Cấu tạo: gồm hai bộ phận chính
a. Lõi thép: có tác dụng tập trung và khép kín mạch từ
b. Các cuộn dây: được quấn trên lõi thép

+ Cuộn sơ cấp N
1
: là cuộn nối vào mạng điện
+ Cuộn thứ cấp N
2
: là cuộn nối với tải tiêu thụ
2. Công thức máy biến áp
a. Khi mạch thứ cấp hở:
k
N
N
U
U
==
1
2
1
2
+ Nếu N
1
> N
2
hay U
2
< U
1
hay k < 1: Máy hạ áp ( vì điện áp ra nhỏ hơn điện áp váo máy biến áp)
+ Nếu N
2
> N

1
hay U
2
> U
1
hay k > 1: Máy tăng áp( vì điện áp ra lớn hơn điện áp vào)
U
1
N
1
N
2
U
2
đầu vào
đầu ra
nối với
tải
b. Khi mạch thứ cấp kín ( có tải) và bỏ qua mọi mất mát năng lượng ( MBA lý tưởng)
+
2
1
1
2
1
2
I
I
N
N

U
U
==
+ Hiệu suất
1
==
vao
ra
P
P
H
c. Nếu máy biến áp có hao phí ( không lý tưởng)
+ Hiệu suất của máy biến áp là:
%100
11
22
IU
IU
P
P
H
vao
ra
==
Trong đó: N
1
, N
2
: só vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp
U

1
, U
2
: điện áp hiệu dụng ở hai đấu cuộn sơ cấp và thứ cấp
I
1
, I
2
: cường độ hiệu dụng qua cuộn sơ cấp và thứ cấp ( I
2
dòng điện hiệu dụng qua tải)
k : hệ số máy biến áp
3. Truyền tái điện năng đi xa bằng máy biến áp
+ Công suất hao phí trên đường dây: ΔP = R
2
2
)cos(
ϕ
U
P
R: điện trở tổng cộng của đường dây (của hai dây)
P: công suất của nhà máy truyền đi
U: điện áp truyền đi
+ Để giảm hao phí trong truyền tải điện, biện phát tốt nhất là dùng máy tăng áp để tăng U, tới nơi tiêu thụ lại
giảm điện áp xuống thì dùng máy hạ áp. (tức là dùng máy biến áp)
+ Hiệu suất tải điện:
P
PP
P
P

H
∆−
==
'

DẠNG 1: TÌM TẦN SỐ - BIỂU THỨC SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU
Cách giải: Nắm rõ lý thuyết sau
I. Máy phát điện xoay chi
DẠNG 1. VIẾT BIỂU THỨC ĐIỆN ÁP, CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN
* Viết biểu thức u, i là đi xác định: ω, I
0
, U
0
, φ
u
, φ
i
rồi thay vào biểu thức:
)cos(
0 i
tIi
ϕω
+=
và biểu thức
)cos(
0 u
tUu
ϕω
+=
Phương pháp giải:

1. Cho biểu thức dòng điện i tìm biểu thức điện áp:
a) Tính tổng trở Z:
+ Tính R
+ Tính Z
L
= ωL
+ Tính Z
C
= 1/ωC
→ Tổng trở : Z =
22
)(
CL
ZZR
−+
Nếu cuộn dây có điện trở thuần r
22
)()(
CL
ZZrRZ
−++=
b) Tinh điện áp cực đại U
0
: U
0
= I
0
Z
c) Tính pha ban đầu φ
u

của điện áp từ công thức tính độ lệch pha giữa u và i:
R
ZZ
CL
−
=
ϕ
tan
với
ϕ
π
ϕ
π
→≤≤−
22
Từ
iu
ϕϕϕ
−=
→
ϕϕϕ
+=
iu
d) Thay U
0
, φ
u
vừa xác định được vào biểu thức:
)cos(
0 u

tUu
ϕω
+=
2. Cho biểu thức điện áp viết biểu thức cường độ dòng điện:
a) Tính tổng trở Z:
+ Tính R
+ Tính Z
L
= ωL
+ Tính Z
C
= 1/ωC
→ Tổng trở : Z =
22
)(
CL
ZZR
−+
Nếu cuộn dây có điện trở thuần r
22
)()(
CL
ZZrRZ
−++=
b) Tính cường độ dòng điện cực đại I
0
:
Z
U
I

0
0
=
c) Tính pha ban đầu của cường độ dòng điện từ công thức tính độ lệch pha giữa u và i:
R
ZZ
CL
−
=
ϕ
tan
với
ϕ
π
ϕ
π
→≤≤−
22
từ
iu
ϕϕϕ
−=
→
ϕϕϕ
−=
ui
d) Thay I
0
, φ
i

vừa xác định được vào biểu thức:
)cos(
0 i
tIi
ϕω
+=
3. Chú ý: Nếu đoạn mạch thiếu phần tử nào thì cho “trở kháng” của nó bằng không trong những công
thức tính.
CÁC BÀI TẬP
Bài 1. Cho mạch điện như hình vẽ 1. Cường độ dòng điện qua mạch có biểu thức
))(
12
100cos(2 Ati
π
π
−=
;
R = 100Ω;
HL
π
1
=
;
FC
π
3
10.5
−
=
Hãy viết biểu thức điện áp hai đầu đoạn mạch AB, AN, MN, NB, AM

Bài2. Một mạch điện xoay chiều gồm một điện trở thuần R = 40Ω, một cuộn cảm thuần L = 0.8/π H và một tụ
điện có điện dung C = 2.10
-4
/ π F mắc nối tiếp. Cường độ dòng điện qua mạch có biểu thức
i = 3cos100πt (A)
a) Tính cảm kháng của cuộn cảm, dung kháng của tụ điện và tổng trở của mạch
b) Viết biểu thức điện áp tức thời giữa hai đầu điện trở, hai đầu cuộn cảm, hai đầu tụ điện.
c) Viết biểu thức điện áp giữa hai đầu mạch điện
Bài 3. (dạng mạch RL) Một đoạn mạch điện gồm có điện trở thuần R = 40Ω mắc nối tiếp với cuộn cảm thuần
có L = 0,4/π H. Cường độ dòng điện chạy qua mạch có biểu thức
)
6
100cos(22
π
π
−=
ti
(A)
a) Tính tổng trở của đoạn mạch
b) Tính độ lệch pha giữa điện áp và cường độ dòng điện qua mạch này. Cho nhận xét về giá trị độ lệch pha
đối với mạch điện này
c) Viết biểu thức điện áp hai đầu mạch
Bài 4. (Mạch RC) Cho mạch điện xoay chiều như hình vẽ 2. Biết R = 30Ω, C = 10
-3
/4π F. Điện áp giữa hai đầu
đoạn mạch AB
))(
4
100cos(100 Vtu
π

π
+=
a) Tính số chỉ trên các dụng cụ đo
b) Viết biểu thức cường độ dòng điện qua mạch. ( bỏ qua điện trở của dây nối và các dụng cụ đo không
làm ảnh hưởng đến mạch điện)
A
R
L
C
B
N
M
Hình 1
L
C
V
A