Phương pháp giải bài tập dòng điện xoay chiều

0


Bài viết trình bày chi tiết và tỉ mỉ phương pháp giải tất cả các bài toán của dòng điện xoay chiều. Từ lý thuyết đến ví dụ có lời giải chi tiết và bài tập tự luyện theo chuyên đề và dạng.

              –  Lý thuyết giao thoa sóng cơ

Tất cả nội dung bài viết. Các bạn hãy xem thêm và tải file chi tiết tại đây: Download

 XEM TRỰC TUYẾN

PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP DÒNG ĐIỆN XC
A. Tóm tắt lí thuyết :
I.Cách tạo ra suất điện động xoay chiều:
Cho khung dây dẫn phẳng có N vòng ,diện tích S
quay đều với vận tốc ω, xung quanh trục vuông góc với với các đường
 sức từ của một từ trường đều có cảm ứng từ  vec{B}  .Theo định luật cảm
ứng điện từ, trong  khung dây xuất hiện một suất điện động biến đổi
theo định luật dạng cosin với thời gian gọi tắt là suất điện động xoay chiều: e=E_{o}cos(omega t+ varphi _{0}) 
        
2.Từ thông gởi qua khung dây :
-Từ thông gửi qua khung dây dẫn gồm N vòng dây có diện tích S quay trong từ trường đều vec{B}.Giả sử tại t=0 thì : (vec{n},vec{B})=varphi
 – Biểu thức từ thông của khung: Phi =NBScosomega t=Phi _{0}.cosomega t
 – Từ thông qua khung dây cực đại  Phi _{0}=NBS; ω là tần số góc bằng tốc độ quay của khung (rad/s)
 Đơn vị : + Φ : Vêbe(Wb);   &
nbsp;            
               + S: Là diện tích một vòng dây (S:m2);
               + N: Số vòng dây của khung
             + vec{B} : Véc tơ cảm ứng từ của từ trường đều .B:Tesla(T) ( vec{B} vuông góc với trục quay ∆)
             + ω: Vận tốc góc không đổi của khung dây
            ( Chọn gốc thời gian t=0 lúc ( (vec{n},vec{B})=0^{0})
 -Chu kì và tần số của khung :T=frac{2pi }{omega };f=frac{1}{T}
3. Suất điện động xoay chiều:
– Biểu thức của suất điện động cảm ứng tức thời:
e=frac{-Delta Phi }{Delta t}=-Phi '=omega NBS.sinomegat=E_{o}cos(omega t-frac{pi }{2})  
 e=E_{o}cos(omega t+ varphi _{0}) Đặt  E_{0}=NBomega S :Suất điện động cực đại  
 varphi _{0}=varphi -frac{pi }{2}
    Đơn vị :e,E(V)
II.Điện áp xoay chiều -Dòng điện xoay chiều.
1.Biểu thức điện áp tức thời:
Nếu nối hai đầu khung dây với mạch ngoài thành mạch kín thì biểu thức điện áp tức thời mạch ngoài là: u=e-ir
Xem khung dây có r = 0 thì u=e=E_{o}cos(omega t+ varphi _{0}).
Tổng quát : u=U_{o}cos(omega t+ varphi _{u}) varphi _{u} là pha ban đầu của  điện áp )
2.Khái niệm về dòng điện xoay chiều
– Là dòng điện có cường độ biến thiên tuần hoàn với thời gian theo quy luật của hàm số sin hay cosin, với dạng tổng quát: i=I_{o}cos(omega t+ varphi _{i})
* i: giá trị của cường độ dòng điện tại thời điểm t, được gọi là giá trị tức thời của i (cường độ tức thời).
* I0 > 0: giá trị cực đại của i (cường độ cực đại).   * ω > 0: tần số góc.
 f: tần số của i. T: chu kì của i. * (ωt + φ): pha của i. *  φi  là pha ban đầu của dòng điện)
3.Độ lệch pha giữa điện áp u và cường độ dòng điện i:Đại lượng : φ = φu -φgọi là độ lệch pha của u so với i.
Nếu φ  >0 thì u sớm pha (nhanh pha) so với i.
Nếu φ  
Nếu  φ  =0 thì u đồng pha (cùng pha) so với i.
4. Giá trị hiệu dụng  :Dòng điện xoay chiều cũng có tác dụng toả nhiệt như dòng điện một chiều.Xét về mặt toả nhiệt trong một thời gian dài thì dòng điện xoay chiều i=I_{o}cos(omega t+ varphi _{i})  tương đương với dòng điện một chiều có cường độ không đổi có cường độ bằng frac{I_{0}}{sqrt{2}}.
Cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều bằng cường độ của một dòng điện không đổi,nếu cho hai dòng điện đó lần lượt đi qua cùng một điện trở trong những khoảng thời gian bằng nhau đủ dài thì nhiệt lượng toả ra bằng nhau.Nó có giá trị bằng cường độ dòng điện cực đại chia cho sqrt{2} “.
Các giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều:
– Giá trị hiệu dụng :  + Cường độ dòng điện hiệu dụng: I= frac{I_{0}}{sqrt{2}}
                           + Hiệu điện thế hiệu dụng:   U=  frac{U_{0}}{sqrt{2}}                          
                           + Suất điện động hiệu dụng:         E =frac{E_{0}}{sqrt{2}}
*Lý do sử dụng các giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều:
— Khi sử dụng dòng điện xoay chiều, ta không cần quan tâm đến các giá trị tức thời của i và u vì chúng
biến thiên rất nhanh, ta cần quan tâm tới tác dụng của nó trong một thời gian dài.
  – Tác dụng nhiệt của dòng điện tỉ lệ với bình phương cường độ dòng điện nên không phụ thuộc vào
chiều dòng điện. 
  – Ampe kế đo cường độ dòng điện xoay chiều và vôn kế đo điện áp xoay chiều dựa vào tác dụng nhiệt  của dòng điện nên gọi là ampe kế nhiệt và vôn kế nhiệt, số chỉ của chúng là cường độ hiệu dụng và điện áp hiệu dụng của dòng điện xoay chiều.
5.  Nhiệt lượng toả ra trên điện trở R trong thời gian t nếu có dòng điện xoay chiều i(t) = I0cos(ωt + φi) chạy qua là: Q = RI2t
 6.Công suất toả nhiệt trên R khi có ddxc chạy qua :  P=RI2
B. CÁC DẠNG BÀI TẬP:
Dạng 1: XÁC ĐỊNH SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG
1.Phương pháp:
Thông thường bài tập thuộc dạng này yêu cầu ta tính từ thông, suất điện động cảm ứng xuất hiện trong
khung dây quay trong từ trường. Ta sử dụng các công thức sau để giải:
– Tần số góc:  omega =2pi n_{0}, Với n0 là số vòng quay trong mỗi giây bằng tần số dòng điện xoay chiều.
– Biểu thức từ thông: Phi =Phi _{0}cos(omega t+varphi ) ,  Với  Phi _{0}  = NBS.
– Biểu thức suất điện động: e=E_{0}cos(omega t+varphi )  Với Eo = NBSω ; varphi =(vec{n},vec{B})  lúc t=0.
– Vẽ đồ thị: Đồ thị là đường hình sin:   * có chu kì :  T=frac{2pi }{omega }        * có biên độ: E0
2.Bài tập áp dụng :
Bài  1 : Một khung dây dẫn phẳng có diện tích S = 50 cm2, có N = 100 vòng dây, quay đều với tốc độ 50 vòng/giây quanh một trục vuông góc với các đường sức của một từ trường đều có cảm ứng từ B = 0,1 T. Chọn gốc thời gian t = 0 là lúc vectơ pháp tuyến vec{n} của diện tích S của khung dây cùng chiều với vectơ cảm ứng từ  overrightarrow{B} và chiều dương là chiều quay của khung dây.
a)     Viết biểu thức xác định từ thông Φ qua khung dây.
b)    Viết biểu thức xác định suất điện động xuất hiện trong khung dây.
c)     Vẽ đồ thị biểu diễn sự biến đổi của theo thời gian.
Bài  giải :
a)     Khung dây dẫn quay đều với tốc độ góc : ω = 50.2π = 100π  rad/s
Tại thời điểm ban đầu t = 0, vectơ pháp tuyến vec{n} của diện tích của khung dây có chiều trùng với chiều của vectơ cảm ứng từ overrightarrow{B} của từ trường. Đến thời điểm t, pháp tuyến vec{n}  của khung dây đã quay được một góc bằng ωt . Lúc này từ thông qua khung dây là :
 Phi =NBScos(ωt )
Như vậy, từ thông qua khung dây biến thiên điều hoà theo thời gian với tần số góc ω và với giá trị cực đại (biên độ) là ФNBS.
Thay N = 100, B = 0,1 T, S = 50 cm2 = 50. 10-4 m2 và ω = 100π rad/s ta được biểu thức của từ thông qua khung dây là :Phi =0,05cos (100pi t)  (Wb)
b)      Từ thông qua khung dây biến thiên điều hoà theo thời gian, theo định luật cảm ứng điện từ của Faraday thì trong khung dây xuất hiện một suất điện động cảm ứng.
Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây được xác định theo định luật Lentz :
 e=-frac{dPhi }{dt}=-Phi '_{t}=omega NBSsin(omega t)=omega NBScos(omega t-frac{pi }{2})
Như vậy, suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây biến đổi điều hoà theo thời gian với tần số góc ω và với giá trị cực đại (biên độ) là E0 = ωNBS.
Thay N = 100, B = 0,1 T, S = 50 cm2 = 50. 10-4 m2 và ω = 100π rad/s ta được biểu thức xác định suất điện động xuất hiện trong khung dây là :
 e=5pi cos(100pi t-frac{pi }{2})(V)hay  eapprox 15,7cos(314t-frac{pi }{2}) (V)
c) Suất điện động xuất hiện trong khung dây biến đổi điều hoà theo thời gian với chu khì T và tần số lần lượt là:
T=frac{2pi }{omega }=frac{2pi }{100pi }=0,02s;f=frac{1}{T}=frac{1}{0,02}=50Hz
Đồ thị biểu diễn sự biến đổi của suất điện động e theo thời gian là đường hình sin có chu kì tuần hoàn T = 0,02 s.Bảng giá trị của suất điện động e tại một số thời điểm đặc biệt như : 0 s, frac{T}{4}=0,005s;frac{T}{2}=0,01s,frac{3T}{4}=0,015s,T=0,02s,frac{5T}{4}=0,025s và  frac{3T}{2}=0,03s :
 
 
Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của e theo t như hình trên H1  :
 
 
DẠNG 2. GIẢI TOÁN  ĐIỆN XOAY CHIỀU BẰNG MỐI LIÊN QUAN GIỮA DDDH VÀ CHUYỂN ĐỘNG TRÒN ĐỀU
A. Phương pháp :

……các bạn tải về để xem đầy đủ nhé. Download

You might also like