Bài tập về các cách tạo ra dòng điện xoay chiều
I. Lý thuyết
1. Dòng điện xoay chiều là gì?
Dòng điện xoay chiều còn có tên gọi khác là AC (Alternating Curent). Đây chính là dòng điện cường độ và thay đổi chiều theo thời gian, sự thay đổi này sẽ tuần hoàn theo một chu kí nhất định. Dòng điện xoay chiều được tạo ra do biế đổi nguồn điện một chiều hay do các máy phát điện xoay chiều. Trong đời sống chúng ta thường sử dụng các đồ điện sử dụng nguồn điện xoay chiều như: tủ lạnh, máy giặt, điều hòa,...
2. Cách tạo ra dòng điện xoay chiều
Có hai cách tạo ra dòng điện xoay chiều:
- Cách thứ 1: Đặt một cuộn dây dẫn kín và cho nam châm quay xung quanh.
- Cách thứ 2: Để cuộn dây dẫn kín quay quanh từ trường của nam châm.
Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều:
Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ (đây là hiện tượng hình thành một suất điện động (điện áp) trên một vật dẫn khi vật dẫn này được đặt trong một từ trường biến thiên).
Khi cho khung dây có N vòng dây, có diện tích S, quay đều quanh trục của nó với tốc độ góc , trong một từ trường B →, có phương vuông góc với trục quay. Tại thời điểm ban đầu góc giữa B→ và vecto pháp tuyến n→ của mặt phẳng khung dây là
.
Công thức tính từ thông qua khung dây:
= NBScos
= NBScos (
+
)
Trong đó:
• : là đơn vị từ thông được sinh ra từ hiện tượng cảm ứng.
•N: là tổng số vòng dây quấn tạo nên khung dây.
•B: là các dòng cảm ứng từ.
•S: là diện tích hoặc độ rộng để từ thông xuyên qua→ S càng lớn thì càng lớn.
•: là góc được tạo ra bắt nguồn từ 2 vecto pháp tuyến của khung dây và cảm ứng từ (n và B).
3. Những đại lượng của dòng điện xoay chiều
3.1. Công suất dòng điện xoay chiều
Công suất của mạch điện xoay chiều là đại lượng vật lí đặc trưng cho tốc độ thực hiện năng lượng điện tiêu thụ của mạch điện xoay chiều.
Biểu thức tính công của dòng điện xoay chiều:
P= U.I.cos
Trong đó:
• P: biểu hiện cho công suất của dòng điện xoay chiều (W).
• U: điện áp (V).
• I: cường độ dòng điện (A).
• : độ lệch pha giữa cường độ dòng điện và điện áp.
3.2. Điện năng tiêu thụ của mạch xoay chiều
Điện năng tiêu thụ, năng lượng điện tiêu thụ của mạch điện xoay chiều tương tự với mạch điện có dòng điện không đổi.
Biểu thức tính điện năng tiêu thụ của mạch điện xoay chiều:
W= P.t
Trong đó:
• W: điện năng tiêu thụ ( công của mạch điện) (J).
• P: công suất mạch điện (W).
• t: thời gian sử dụng điện (s).
Để đo điện năng tiêu thụ của tất cả các thiết bị điện trong mạch điện xoay chiều, thường sử dụng công tơ điện khi đó điện năng tiêu thụ được tính theo đơn vị kWh (số điện).
1kWh= 1000 (W). 3600 (s) = 3 600 000 (J).
3.3. Chu kì và tần số
► Chu kì của dòng điện xoay chiều: kí hiệu là T và được tính bằng giây (s), đây chính là khoảng thời gian mà dòng điện xoay chiều trở lại vị trí ban đầu.
► Tần số dòng điện xoay chiều: kí hiệu là F có đơn vị và Hz, đây là đại lượng thể hiện số lần lặp lại trạng thái cũ của dòng điện xoay chiều trong 1 giây.
Công thức tính tần số: F= 1/T
4. Những tác dụng của dòng điện xoay chiều
Giống với dòng điện xoay chiều, dòng điện xoay chiều cũng có những tác dụng như nhiệt, tác dụng quang, tác dụng từ, chỉ có điểm khác là dòng điện đổi chiều thì lực từ tác dụng lên nam châm cũng sẽ đổi chiều.
4.1. Tác dụng nhiệt
Đây là tác dụng rõ nhất của dòng dòng điện xoay chiều bởi vì khi dòng điện đi qua vật dẫn sẽ làm cho vật đó nóng lên. Ví dụ: khi bóng đèn sợi đốt sáng lên ta sẽ cảm nhận được sự nóng lên của nó. Ngoài dòng điện xoay chiều còn có các ứng dụng khác như: máy sưởi, nồi cơm, bàn là,...
4.2. Tác dụng từ
Tác dụng từ của dòng điện xoay chiều dễ dàng nhận biết khi chúng ta đưa một đinh sắt lại gần cuộn dây, khi cuộn dây hút đinh sắt vào thì đây là biểu hiện của tác dụng từ hay dễ hiểu hơn thì nó hút được các vật như một nam châm. Trong thực tế, tác dụng từ của dòng điện xoay chiều được ứng dụng nhiều như: nam châm điện, chuông điện, rơ le điện,...
4.3. Tác dụng quang
Tác dụng quang hay còn gọi là tác dụng phát sáng, khi cho dòng điện đi qua một số vật dẫn đặc biệt thì nó sẽ làm cho các vật này sáng lên. Tác dụng này thể hiện rõ nhất ở việc nó có thể làm sáng bóng đèn như: đèn sợi đốt, đèn của bút thử điện, đèn báo ở các thiết bị,..
4.4. Tác dụng sinh lí
Khi cho dòng điện đi qua cơ thể người hay cơ thể động vật có thể gây ra các cơn co giật, sốc, thậm chí có thể ngừng tim. Tác dụng sinh lí của dòng điện xoay chiều chủ yếu được sử dụng trong y học như: máy kích tim, máy châm cứu,...
5. Điểm khác nhau giữa dòng xoay chiều và dòng một chiều
Dòng điện một chiều là dòng điện không có sự thay đổi theo thời gian và theo một hướng cố định. Hai dòng điện này có những ứng dụng và biểu hiện khác nhau như:
► Dòng điện xoay chiều được các nhà máy phát điện và các máy phát điện sản xuất ra nhằm phục vụ đời sống sinh họat hằng ngày, vì dòng điện xoay chiều có thể dễ dàng truyền tải đi xa. Chính điều này đã giúp cho những vùng nông thôn hay vùng núi dù ở xa nhà máy vẫn có thể có nguồn điện để sử dụng. Ngược lại với dòng điện xoay chiều, dòng điện một chiều được sản xuất từ ắc quy, pin hoặc năng lượng mặt trời,... điều này là nguyên nhân không thể truyền tải điện năng đi xa vì mất khá nhiều năng lượng.
► Dòng điện một chiều có F=0 nên chỉ theo một hướng nhất định, còn đối với dòng điện xoay chiều thường có F=50Hz hoặc F=60Hz nên có thể đảo ngược dòng.
► Một điều dễ phân biệt hơn là các bản vẽ mạch điện của dòng điện một chiều là đường thẳng trong khi đó dòng điện xoay chiều được biểu thị dưới dạng sóng hình sin, hình tam giác, hình vuông hay hình thang.
6. Điện 1 pha, 2 pha, 3 pha
Điện 1 pha: lấy ra từ 1 pha của điện 3 pha sử dụng trong sinh hoạt với các thiết bị có công suất nhỏ tiêu tốn ít năng lượng. Ở nước ta hiệu điện thế giữa hai dây là 220V, trong khi một số các quốc gia trên thế giới như Đài Loan, Nhật Bản,... sử dụng ở mức 100V, 120V...
Điện 2 pha: điện 2 pha được ít người biết tới do nó mới được phát minh thông qua việc nghiên cứu và chế tạo máy móc. Điện 2 pha cũng có hiệu điện thế 220V.
Điện 3 pha: đây là loại điện được xếp vào loại điện sản xuất kinh doanh không phải điện sinh hoạt do đó giá thành sẽ cao hơn điện 1 pha. Tương tự như điện 1 pha, điện 3 pha ở mỗi quốc gia trên thế giới là khác nhau vì nó còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như; cơ sở hạ tầng, điều kiện kinh tế, khả năng công nghệ,...
Điện xoay chiều có mặt ở khắp mọi nơi từ các hộ gia đình, các nhà máy, các xí nghiệp, các công sở,... bởi vì loại điện này có thể truyền tải đi xa mà tiêu tốn ít năng lượng bởi thế mà nó được sử dụng rộng rãi và phổ biến.
II. Bài tập vận dụng
Bài 1 : Dòng điện cảm ứng trong cuộn dây dẫn kín đổi chiều khi:
A. số đường sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây tăng lên
B. số đường sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây đang tăng mà chuyển sang giảm hoặc ngược lại đang giảm mà chuyển sang tăng.
C. số đường sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây giảm đi
D. số đường sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây không thay đổi
Lời giải:
Dòng điện cảm ứng trong cuộn dây dẫn kín đổi chiều khi số đường sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây đang tăng mà chuyển sang giảm hoặc ngược lại đang giảm mà chuyển sang tăng.
Đáp án: B
Bài 2 : Dòng điện xoay chiều là:
A. dòng điện luân phiên đổi chiều
B. dòng điện không đổi
C. dòng diện có chiều từ trái qua phải
D. dòng điện có một chiều cố định
Lời giải:
Dòng điện cảm ứng trong cuộn dây dẫn kín đổi chiều khi số đường sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây đang tăng mà chuyển sang giảm hoặc ngược lại đang giảm mà chuyển sang tăng.
Dòng điện luân phiên đổi chiều như thế gọi là dòng điện xoay chiều.
Đáp án: A
Bài 3 : Trong thí nghiệm như hình sau, dòng điện xoay chiều xuất hiện trong cuộn dây dẫn kín khi:
A. Nam châm đứng yên, cuộn dây quay quanh trục PQ
B. Nam châm và cuộn dây đều quay quanh trục PQ
C. Nam châm và cuộn dây chuyển động thẳng cùng chiều với cùng vận tốc
D. Nam châm đứng yên, cuộn dây quay quanh trục AB
Lời giải:
Ta có: Dòng điện cảm ứng trong cuộn dây dẫn kín đổi chiều khi số đường sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây đang tăng mà chuyển sang giảm hoặc ngược lại đang giảm mà chuyển sang tăng.
Dòng điện luân phiên đổi chiều như thế gọi là dòng điện xoay chiều.
=> Các phương án
A, B, C - không xuất hiện dòng điện xoay chiều do số đường sức từ xuyên qua tiết diện cuộn dây không đổi
D - xuất hiện dòng điện xoay chiều do số đường sức từ xuyên qua tiết diện cuộn dây thay đổi
Đáp án: D
Bài 4 : Một khung dây dẫn kín được đặt trong từ trường như hình.
Chọn phát biểu đúng.Khi cho khung quay quanh trục PQ nằm ngang
A. Trong khung không xuất hiện dòng điện xoay chiều do số đường sức từ qua khung dây luôn bằng không
B. Trong khung xuất hiện dòng điện xoay chiều
C. Trong khung không xuất hiện dòng điện xoay chiều do số đường sức từ qua khung luôn thay đổi
D. Không xác định được trong khung có dòng điện xoay chiều không
Lời giải:
Khi cho khung dây quay quanh trục PQ nằm ngang thì các đường sức từ gửi qua khung dây vẫn luôn bằng không tức là không có sự biến đổi của các đường sức từ.
Vì vậy, trong khung dây không xuất hiện dòng điện xoay chiều.
Đáp án: A
Bài 5 : Có mấy cách tạo ra dòng điện xoay chiều:
A. 1
B. 2
C. 3
D. 4
Lời giải:
Có 2 cách tạo ra dòng điện xoay chiều là:
+ Cho nam châm quay trước cuộn dây dẫn kín
+ Cho cuộn dây dẫn quay trong từ trường
Đáp án: B
Bài 6 : Trường hợp nào dưới đây thì trong cuộn dây dẫn kín xuất hiện dòng điện cảm ứng xoay chiều?
A. Cho nam châm chuyển động lại gần cuộn dây
B. Cho cuộn dây quay trong từ trường của nam châm và cắt các đường sức từ
C. Đặt thanh nam châm vào trong lòng ống dây rồi cả hai đều quay quanh một trục
D. Đặt một cuộn dây kín trước một thanh nam châm rồi cho cuộn dây quay quanh trục của nó
Lời giải:
Trường hợp trong cuộn dây dẫn kín xuất hiện dòng diện cảm ứng xoay chiều là khi cho cuộn dây quay trong từ trường của nam châm và cắt các đường sức từ
TĐáp án: B
Bài 7 : Trường hợp nào dưới đây thì trong cuộn dây không xuất hiện dòng điện cảm ứng xoay chiều?
A. Cho nam châm quay trước cuộn dây dẫn kín, các đường sức từ bị cuộn dây cắt ngang
B. Cho cuộn dây dẫn kín quay trong từ trường của nam châm và cắt các đường sức của từ trường
C. Liên tục cho một cực của nam châm lại gần rồi ra xa một đầu cuộn dây dẫn kín
D. Đặt trục Bắc Nam của thanh nam châm trùng với trục của ống dây rồi cho nam châm quay quanh trục đó.
Lời giải:
Trường hợp trong cuộn dây dẫn kín không xuất hiện dòng điện cảm ứng xoay chiều là đặt trục Bắc Nam của thanh nam châm trùng với trục của ống dây rồi cho nam châm quay quanh trục đó.
Đáp án: D
Bài 8 : Khi nào thì dòng điện cảm ứng trong một cuộn dây dẫn kín đổi chiều?
A. Nam châm đang chuyển động thì dừng lại
B. Cuộn dây dẫn đang quay thì dừng lại
C. Số đường sức từ xuyên qua tiết diện cuộn dây đang tăng thì giảm hoặc ngược lại
D. Số đường sức từ xuyên qua tiết diện cuộn dây liên tục tăng hoặc liên tục giảm
Lời giải:
Dòng điện cảm ứng trong một cuộn dây dẫn kín đổi chiều khi số đường sức từ xuyên qua tiết diện cuộn dây đang tăng thì giảm hoặc ngược lại.
Đáp án: C
Bài 9 : Treo một thanh nam châm ở đầu một sợi dây và cho dao động quanh vị trí cân bằng OA như hình.
Dòng điện điện cảm ứng xuất hiện trong cuộn dây dẫn kín B là:
A. Dòng điện xoay chiều
B. Dòng điện có chiều không đổi
C. Không xuất hiện dòng điện trong cuộn dây
D. Không xác định được
Lời giải:
Khi thanh nam châm dao động quanh vị trí cân bằng OA như hình, dòng điện cảm ứng xuất hiện trong cuộn dây kín B là dòng điện xoay chiều
Vì, khi thanh nam châm tiến lại gần vị trí cân bằng OA, số lượng đường sức từ gửi qua cuộn dây B sẽ tăng, dòng điện cảm ứng theo một chiều nào đó thì khi thanh nam châm tiến ra xa vị trí cân bằng OA , số lượng đường sức từ gửi qua cuộn dây B sẽ giảm, dòng điện theo chiều ngược lại => dòng điện xoay chiều
Đáp án: A
Bài 10 : Bố trí thí nghiệm như hình:
Chọn phát biểu đúng khi ta tiến hành đưa thanh nam châm từ ngoài vào trong cuộn dây và từ trong ra ngoài cuộn dây.
A. Khi đưa thanh nam châm từ ngoài vào trong cuộn dây và từ trong ra ngoài cuộn dây thì 2 đèn led sáng
B. Khi đưa thanh nam châm từ ngoài vào trong cuộn dây và từ trong ra ngoài cuộn dây thì 2 đèn led không sáng.
C. Khi đưa thanh nam châm từ ngoài vào trong cuộn dây thì 1 đèn led sáng và từ trong ra ngoài cuộn dây thì đèn led còn lại sáng.
D. Khi đưa thanh nam châm từ ngoài vào trong cuộn dây thì hai đèn led không sáng, khi đưa thanh nam châm từ trong ra ngoài cuộn dây thì hai đèn led sáng
Lời giải:
Vì đèn led chỉ cho dòng điện một chiều đi qua.
Nên khi đưa thanh nam châm từ ngoài vào trong cuộn dây thì 1 đèn led sáng và từ trong ra ngoài cuộn dây thì đèn led còn lại sáng.
Điều đó cho thấy dòng điện cảm ứng trong hai trường hợp trên ngược nhau.
Đáp án: C
Xem thêm các dạng câu hỏi và bài tập liên quan khác:
30 Bài tập về Điện năng - Công của dòng điện (2024) có đáp án chi tiết nhất
70 Bài tập về Dòng điện xoay chiều (2024) có đáp án chi tiết nhất
70 Bài tập về Điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng (2024) có đáp án chi tiết nhất
70 Bài tập về Từ trường của ống dây có dòng điện chạy qua (2024) có đáp án chi tiết nhất
