Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 3 hay nhất | Myphamthucuc.vn

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.

Lý thuyết Đại cương về dòng điện xoay chiều

I) Dòng điện xoay chiều:

     – Khái niệm: là dòng điện có cường độ là hàm số sin hoặc cos của thời gian.

     i = I cos(ωt + φ)

    – Những đại lượng đặc trưng:

     i : cường độ dòng điện tức thời.

     I: 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 = I/√2 : cường độ dòng điện hiệu dụng. Ý nghĩa: nếu thay dòng điện xoay chiều có cường độ dòng điện cực đại là I bằng một dòng điện không đổi, để tác dụng của 2 dòng điện này là như nhau (công suất như nhau) thì dòng một chiều phải có cường độ là I.

     Khi tính toán, 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 vòng dây, có diện tích S, quay đều quanh trục của nó với tốc độ góc ω, trong một từ trường đều B→, có phương vuông vuông 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 = Icos⁡(ωt)

    Thì điện áp xoay chiều giữa hai đầu đoạn mạch có dạng u = Ucos⁡(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:

     u_R = IR√2 cos⁡(ωt)

     u_L = IZ_L√2 cos⁡(ωt + π/2)

     u_C = IZ_C√2 cos⁡(ωt – π/2)

     → Hiệu điện thế giữa 2 đầu đoạn mạch là: u = u_R + u_L + u_C (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 dòng điện.

     Từ hình vẽ ta có: tan⁡φ = (U_L – U_C)/U_R = (Z_L – Z_C)/R

     Với φ là độ lệch pha của u với i: φ = φ_u – φ_i

     Nếu Z_L > Z_C : u sớm pha hơn i một góc φ

     Nếu Z_L < Z_C : u trễ pha hơn i một góc φ

III) Hiện tượng cộng hưởng.

     Khi Z_L = Z_C ↔ ωL = 1/ω_C ↔ ω²L_C = 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)]

     – Công suất trung bình trong một chu kỳ T là: 

trong 1 T

     – Nều thời gian dùng điện t >> T thì P cũng là công 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 công 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 công thức tính công 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) Công 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 P_phát = U_phátIcos⁡φ_phát

     Khi đó công suất hao phí trên đường dây là P_hp = 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 công 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 U_phát tăng 10 lần thì P_hp giảm 100 lần → hiểu quả, không 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 toàn bộ từ thông 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 vòng 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 vòng, tạo ra một dòng xoay chiều có giá trị hiệu dụng là I₁ . Nhờ lõi biến áp mà từ thông ở mỗi vòng dây của cuộn sơ cấp luôn bằng từ thông ở mỗi vòng dây của cuộn thứ cấp đều bằng Ф. Vì dòng điện xoay chiều nên tư thông 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 dòng 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 ( không 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 (vòng/s) thì từ thông 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 tròn 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 dòng điện có cùng biên độ.

     Ưu điểm của dòng 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 không 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 mômen 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 thông 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 mômen lực cản thì khung dây sẽ quay đều với tốc độ góc nhỏ hơn tốc độ góc của nam châm.

     Động cơ không 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 vòng tròn.

     Rôto: là khung dây dẫn có thể quay dưới tác dụng của từ trường quay đặt trong lòng 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 vòng tròn sẽ có một từ trường quay với tần số ωB bằng tần số ω. Khi đó từ trường quay sẽ làm rôto quay theo với tốc độ góc ω’ luôn nhỏ hơn ω

     hay          ω = ωB > ω’