Cập nhật ngày 26/03/2023 bởi mychi
Bài viết Dòng điện xoay chiều, cách tạo, các đại lượng đặc trưng và giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều – Vật lý 12 bài 12 thuộc chủ đề về HỎi Đáp thời gian này đang được rất nhiều bạn quan tâm đúng không nào !! Hôm nay, Hãy cùng Viết Văn tìm hiểu Dòng điện xoay chiều, cách tạo, các đại lượng đặc trưng và giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều – Vật lý 12 bài 12 trong bài viết hôm nay nhé ! Các bạn đang xem chủ đề về : “Dòng điện xoay chiều, cách tạo, các đại lượng đặc trưng và giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều – Vật lý 12 bài 12”Vậy dòng điện xoay chiều được tạo ra như thế nào? Các đại lượng đặc trưng của dòng điện xoay chiều là gì? Giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều gồm cường độ dòng điện hiệu dụng và hiệu điện thế hiệu dụng được tính theo công thức nào? Chúng ta cùng đi tìm hiểu trong bài viết này. Vậy dòng điện xoay chiều được tạo ra như thế nào? Các đại lượng đặc trưng của dòng điện xoay chiều là gì? Giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều gồm cường độ dòng điện hiệu dụng và hiệu điện thế hiệu dụng được tính theo công thức nào? Chúng ta cùng đi tìm hiểu trong bài viết này.
I. Khái niệm dòng điện xoay chiều I. Khái niệm dòng điện xoay chiều
1. Định nghĩa dòng điện xoay chiều 1. Định nghĩa dòng điện xoay chiều
• 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 = I0cos(ωt + φ). • 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 = I0cos(ωt + φ).
– Trong đó:
° i là giá trị cường độ dòng điện tại thời điểm t, được gọi là giá trị tức thời của i (cường độ tức thời) ° i là giá trị cường độ dòng điện tại thời điểm t, được gọi là giá trị tức thời của i (cường độ tức thời)
° I0 > 0 được gọi là giá trị cực đại của i (cường độ cực đại). ° I0 > 0 được gọi là giá trị cực đại của i (cường độ cực đại).
° ω > 0 được gọi là tần số góc, 
là chu kỳ và 
là tần số của i. ° ω > 0 được gọi là tần số góc, là chu kỳ
và là tần số của i.
° α = ωt + φ là pha của i và φ là pha ban đầu. ° α = ωt + φ là pha của i và φ là pha ban đầu.
2. Xác định các đại lượng đặc trưng của dòng điện xoay chiều 2. Xác định các đại lượng đặc trưng của dòng điện xoay chiều
* Ví dụ (Câu C2 trang 62 SGK Vật lý 12): Xác định giá trị cực đại, tần số góc, chu kì, tần số, pha ban đầu của các dòng điện xoay chiều có cường độ tức thời (tính ra ampe) cho bởi: * Ví dụ (Câu C2 trang 62 SGK Vật lý 12): Xác định giá trị cực đại, tần số góc, chu kì, tần số, pha ban đầu của các dòng điện xoay chiều có cường độ tức thời (tính ra ampe) cho bởi:
a)
b)
c)
° Hướng dẫn:
a)
– Cường độ cực đại: I0 = 5A – Cường độ cực đại: I0 = 5A
– Tần số góc: ω = 100π (rad/s) – Tần số góc: ω = 100π (rad/s)
– Chu kỳ:
– Chu kỳ:
– Tần số:
– Tần số:
– Pha ban đầu: 
– Pha ban đầu:
b)
– Tương tự ta có:
;
c)
;
* Ví dụ (Câu C3 trang 62 SGK Vật lý 12): Cho hình dưới đây (Hình 12.1 SGK vật lý 12): * Ví dụ (Câu C3 trang 62 SGK Vật lý 12): Cho hình dưới đây (Hình 12.1 SGK vật lý 12):
1. trục hoành tại những điểm có tọa độ bằng bao nhiêu T? 1. trục hoành tại những điểm có tọa độ bằng bao nhiêu T?
2. trục hoành tại điểm có tọa độ bằng bao nhiêu Io? 2. trục hoành tại điểm có tọa độ bằng bao nhiêu Io?
° Hướng dẫn:
1) Đồ thị hình sin cắt trục hoành tại những điểm có giá trị 1) Đồ thị hình sin cắt trục hoành tại những điểm có giá trị
2) trục hoành tại điểm có tọa độ bằng bao nhiêu Io 2) trục hoành tại điểm có tọa độ bằng bao nhiêu Io
– Tại thời điểm 
thì 
– Tại thời điểm thì
– Tại thời điểm 
thì 
– Tại thời điểm thì
II. Nguyên tắc tạo dòng điện xoay chiều II. Nguyên tắc tạo dòng điện xoay chiều
1. Từ thông gửi qua khung dây 1. Từ thông gửi qua khung dây
– Cho cuộn dẫy dẫn hai dầu dây khép kín, có diện tích S, có N vòng dây quay đều với vận tốc ω xung quang trục (cố định) đối xứng trong từ trường đều 
có phương vuông góc với trục quay. – Cho cuộn dẫy dẫn hai dầu dây khép kín, có
diện tích S, có N vòng dây quay đều với vận tốc ω xung quang trục (cố định) đối xứng trong từ trường đều có phương vuông góc với trục quay.
– Ở hình trên góc giữa vecto pháp tuyến 
của mặt phẳng chứa cuộn dây và vecto
cảm ứng từ . Giải sử lúc t=0, α=0, đến lúc t>0, α=ωt với ω là
tốc độ góc của cuộn dây quay xung quanh trục Δ – Ở hình trên góc giữa vecto pháp tuyến của mặt phẳng chứa cuộn dây và vecto cảm ứng từ . Giải sử lúc t=0, α=0, đến lúc
t>0, α=ωt với ω là tốc độ góc của cuộn dây quay xung quanh trục Δ
– Tại lúc t, từ thông gửi qua khung dây là: 
, đơn vị
là Wb. – Tại lúc t, từ thông gửi qua khung dây là: , đơn vị là Wb.
2. Suất điện động xoay chiều, dòng điện xoay chiều 2. Suất điện động xoay chiều, dòng điện xoay chiều
– Vì từ thông qua cuộn dây biến thiên theo t nên trong cuộn dây xuất
hiện suất điện động cảm ứng được tính theo định luật Faraday (Fa-ra-đây): – Vì từ thông qua cuộn dây biến thiên theo t nên trong cuộn dây xuất hiện suất điện động cảm ứng được tính
theo định luật Faraday (Fa-ra-đây):
– Nếu cuộn dây khép kín có điện trở R thì cường độ dòng điện cảm ứng là: 
– Nếu cuộn dây khép kín có điện trở R thì cường độ dòng điện cảm ứng là:
– Đây là dòng điện xoay chiều với tần số góc ω và biên độ là: 
– Đây là
dòng điện xoay chiều với tần số góc ω và biên độ là:
– Chiều dương của i liên hệ với chiều pháp tuyến của mặt phẳng chứa cuộn dây
theo quy tắc nắm tay phải. – Chiều dương của i liên hệ với chiều pháp tuyến của mặt phẳng chứa cuộn dây theo quy tắc nắm tay phải.
III. Giá trị hiệu dụng, cường độ dòng điện hiệu dụng, hiệu điện thế (điện áp) hiệu dụng. III. Giá trị hiệu dụng, cường độ dòng điện hiệu dụng, hiệu điện thế (điện áp) hiệu dụng.
– Dòng điện xoay chiều cũng có tác dụng nhiệt Jun-Len-xơ như dòng điện một chiều (làm cho dây dẫn nóng lên). – Dòng điện xoay chiều cũng có tác dụng nhiệt Jun-Len-xơ như dòng điện một chiều (làm cho dây dẫn nóng lên).
– Đối với dòng điện xoay chiều, các đại lượng như điện áp, áp suất điện động, cường độ dòng điện,… cũng là hàm số sin hay cosin của thời gian. – Đối với dòng điện xoay chiều, các đại lượng như điện áp, áp suất điện động, cường độ dòng điện,… cũng là hàm số sin hay cosin của thời gian.
• Công thức tính cường độ dòng điện hiệu dụng: 
• Công thức tính
cường độ dòng điện hiệu dụng:
• Công thức tính điện áp (hiệu điện thế) hiệu dụng: 
• Công
thức tính điện áp (hiệu điện thế) hiệu dụng:
• Công thức tính suất điện động hiệu dụng:
• Công thức
tính suất điện động hiệu dụng:
* Tổng quát: (Giá trị hiệu dụng) = (giá trị cực đại)/(√2). * Tổng quát: (Giá trị hiệu dụng) = (giá trị cực đại)/(√2).
– Cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều là đại lượng có giá trị bằng cường độ của một dòng không đổi, sao cho khi đi qua cùng một điện trở R thì có công suất tiêu thụ trong R bởi hai dòng điện đó là như nhau. – Cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều là đại lượng có giá trị bằng cường độ của một dòng không đổi, sao cho khi đi qua cùng một điện trở R thì có công suất tiêu thụ trong R bởi hai dòng điện đó là như nhau.
* Ví dụ: Trên một bóng đèn có ghi 200V-5A, nghĩa là: * Ví dụ: Trên một bóng đèn có ghi 200V-5A, nghĩa là:
– Điện áp hiệu dụng U=220V – Điện áp hiệu dụng U=220V
– Cường độ dòng điện hiệu dụng: I=5A – Cường độ dòng điện hiệu dụng: I=5A
V. Bài tập vận dụng dòng điện xoay chiều V. Bài tập vận dụng dòng điện xoay chiều
* Bài 1 trang 66 SGK Vật Lý 12: Phát biểu các định nghĩa: * Bài 1 trang 66 SGK Vật Lý 12: Phát biểu các định nghĩa:
a) giá trị tức thời a) giá trị tức thời
b) giá trị cực đại b) giá trị cực đại
c) giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện và điện áp xoay chiều hình sin. c) giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện và điện áp xoay chiều hình sin.
° Lời giải bài 1 trang 66 SGK Vật Lý 12:
a) Giá trị tức thời là giá trị biến thiên tuần hoàn với thời gian theo quy luật của hàm số sin hay cosin. a) Giá trị tức thời là giá trị biến thiên tuần hoàn với thời gian theo quy luật của hàm số sin hay cosin.
b) Giá trị cực đại là giá trị lớn nhất luôn dương của giá trị tức thời khi hàm cos hay sin bằng 1. b) Giá trị cực đại là giá trị lớn nhất luôn dương của giá trị tức thời khi hàm cos hay sin bằng 1.
c) Giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện xoay chiều là đại lượng có giá trị bằng cường độ của một dòng điện không đổi, sao cho khi qua một điện trở R thì công suất tiêu thụ trên R bởi dòng điện không đổi ấy bằng công suất trung bình tiêu thụ trên R bởi dòng xoay chiều nói trên. Với dòng xoay chiều hình sin hoặc cosin thì gái trị hiệu dụng I = (I0)/(√2). c) Giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện xoay chiều là đại lượng có giá trị bằng cường độ của một dòng điện không đổi, sao cho khi qua một điện trở R thì công suất tiêu thụ trên R bởi dòng điện không đổi ấy bằng công suất trung bình tiêu thụ trên R bởi dòng xoay chiều nói trên. Với dòng xoay chiều hình sin hoặc cosin thì gái trị hiệu dụng I = (I0)/(√2).
– Giá trị hiệu dụng của điện áp xoay chiều hình sin là: U = (U0)/(√2). – Giá trị hiệu dụng của điện áp xoay chiều hình sin là: U = (U0)/(√2).
* Bài 2 trang 66 SGK Vật Lý 12: Tại sao phải quy định thống nhất tần số của dòng điện xoay chiều tạo ra trong kĩ thuật? * Bài 2 trang 66 SGK Vật Lý 12: Tại sao phải quy định thống nhất tần số của dòng điện xoay chiều tạo ra trong kĩ thuật?
° Lời giải bài 2 trang 66 SGK Vật Lý 12:
– Thực tế, khi sản xuất các thiết bị dùng trong dòng điện xoay chiều, người ta đã làm các thiết bị ấy với một quy chuẩn về tần số (ở Việt Nam là f = 50Hz). Như vậy nếu sử dụng dòng điện có tân số khác thì các thiết bị sẽ không hoạt động bình thường. – Thực tế, khi sản xuất các thiết bị dùng trong dòng điện xoay chiều, người ta đã làm các thiết bị ấy với một quy chuẩn về tần số (ở Việt Nam là f = 50Hz). Như vậy nếu sử dụng dòng điện có tân số khác thì các thiết bị sẽ không hoạt động bình thường.
* Bài 3 trang 66 SGK Vật Lý 12: Xác định giá trị trung bình theo thời gian của: * Bài 3 trang 66 SGK Vật Lý 12: Xác định giá trị trung bình theo thời gian của:
a) 2sin100πt
b) 2cos100πt
c) 2sin(100πt + π/6)
d) 4sin2100πt
e) 3cos(100πt – π/3 )
° Lời giải bài 3 trang 66 SGK Vật Lý 12:
♦ Đối với các hàm: a) 2sin100πt; b) 2cos100πt; c) 2sin(100πt + π/6); và e) 3cos(100πt – π/3) đều là những hàm điều hòa dạng hình sin theo thời gian, nên giá trị trung bình của chúng bằng 0. ♦ Đối với các hàm: a) 2sin100πt; b) 2cos100πt; c) 2sin(100πt + π/6); và e) 3cos(100πt – π/3) đều là những hàm điều hòa dạng hình sin theo thời gian, nên giá trị trung bình của chúng bằng 0.
♦ Riêng với hàm d) 4sin2100πt ta dùng công thức hạ bậc sẽ được: 
♦ Riêng với hàm d) 4sin2100πt ta dùng công thức hạ bậc sẽ được:
– Ta thấy, số hạng thứ nhất lấy trung bình vẫn bằng 2, số hạng thứ hai là hàm điều hòa dạng sin theo thời gian nên giá trị trung bình bằng 0. – Ta thấy, số hạng thứ nhất lấy trung bình vẫn bằng 2, số hạng thứ hai là hàm điều hòa dạng sin theo thời gian nên giá trị trung bình bằng 0.
⇒ Giá trị trung bình của hàm 4sin2100πt là 2, có thể viết như sau: ⇒ Giá trị trung bình của hàm 4sin2100πt là 2, có thể viết như sau:
* Bài 4 trang 66 SGK Vật Lý 12: Trên một bóng đèn có ghi 220V – 100W, nối đèn ấy vào mạng điện xoay chiều có hiệu điện thế U =220V. Xác định: * Bài 4 trang 66 SGK Vật Lý 12: Trên một bóng đèn có ghi 220V – 100W, nối đèn ấy vào mạng điện xoay chiều có hiệu điện thế U =220V. Xác định:
a) điện trở của đèn
b) cường độ hiệu dụng qua đèn
c) điện năng tiêu thụ của đèn trong một giờ
° Lời giải bài 4 trang 66 SGK Vật Lý 12:
a) Bóng đèn có ghi 220V – 100W nên ta có a) Bóng đèn có ghi 220V – 100W nên ta có
– Hiệu điện thế hiệu dụng định mức của bóng đèn là: Uhd = 220V; – Hiệu điện thế hiệu dụng định mức của bóng đèn là: Uhd = 220V;
– Công suất định mức của bóng đèn: P = 100W – Công suất định mức của bóng đèn: P = 100W
– Công suất của bóng đèn là: 
– Công suất của bóng đèn là:
⇒ điện trở của đèn: 
b) Cường độ hiệu dụng qua bóng đèn: 
b)
Cường độ hiệu dụng qua bóng đèn:
c) Điện năng tiêu thụ của đèn trong một giờ:
Q=P.t=100(W).1(h) = 100 (W.h) = 100(W).3600(s) = 360000 (J).
* Bài 5 trang 66 SGK Vật Lý 12: Một mạch điện gồm hai đèn mắc song song, trên mỗi đèn có ghi thông số: 220V – 115W; 220V – 132W. Nối hai đầu của mạch điện ấy vào mạng điện xoay chiều U = 220V. Xác định: * Bài 5 trang 66 SGK Vật Lý 12: Một mạch điện gồm hai đèn mắc song song, trên mỗi đèn có ghi thông số: 220V – 115W; 220V – 132W. Nối hai đầu của mạch điện ấy vào mạng điện xoay chiều U = 220V. Xác định:
a) công suất tiêu thụ trong mạch điện a) công suất tiêu thụ trong mạch điện
b) cường độ dòng điện cung cấp cho mạch điện b) cường độ dòng điện cung cấp cho mạch điện
° Lời giải bài 5 trang 66 SGK Vật Lý 12:
– Điện trở của các bóng đèn lần lượt là: – Điện trở của các bóng đèn lần lượt là:
– Vì hai đèn mắc song song nên điện trở tương của toàn mạch là:
a) Công suất tiêu thụ trong mạch: 
a) Công suất tiêu thụ trong
mạch:
+ Lưu ý: Ta có thể tính công suất của mạch bài này như sau: + Lưu ý: Ta có thể tính công suất của mạch bài này như sau:
– Vì hai đèn cùng mắc song song vào nguồn điện có U = Uhd1 = Uhd2 = 220V nên hai đèn hoạt động đúng công suất định mức. – Vì hai đèn cùng mắc song song vào nguồn điện có U = Uhd1 = Uhd2 = 220V nên hai đèn hoạt động đúng công suất định mức.
⇒ Công suất tiêu thụ trong mạch: P = P1 + P2 = 115 + 132 = 247(W) ⇒ Công suất tiêu thụ trong mạch: P = P1 + P2 = 115 + 132 = 247(W)
b) Cường độ dòng điện: 
* Bài 6 trang 66 SGK Vật Lý 12: Trên một đèn có ghi 100V – 100W. Mạch điện sử dụng có U = 110V. Để đảm bảo đèn sang bình thường, phải mắc thêm vào mạch điện một điện trở bằng bao nhiêu? * Bài 6 trang 66 SGK Vật Lý 12: Trên một đèn có ghi 100V – 100W. Mạch điện sử dụng có U = 110V. Để đảm bảo đèn sang bình thường, phải mắc thêm vào mạch điện một điện trở bằng bao nhiêu?
° Lời giải bài 6 trang 66 SGK Vật Lý 12:
– Trên bóng đèn có ghi 100V – 100W ⇒ Uhd = 100V, P = 100W – Trên bóng đèn có ghi 100V – 100W ⇒ Uhd = 100V, P = 100W
– Vì Uhd (= 100V) < U (= 110V) nên để đèn sáng bình thường với hiệu điện thế hai đầu mạch là 110V thì phải mắc nối tiếp thêm một điện trở R. – Vì Uhd (= 100V) < U (= 110V) nên để đèn sáng bình thường với hiệu điện thế hai đầu mạch là 110V thì phải mắc nối tiếp thêm một điện trở R.
– Mạch mắc nối tiếp nên: U = UR + Uđèn ⇒ UR = U – Uđèn = 110 – 100 = 10V
⇒ Để đèn sáng bình thường thì dòng điện qua bóng đèn là: ⇒ Để đèn sáng bình thường thì dòng điện qua bóng đèn là:
⇒ Điện trở R là:
⇒ Điện trở R là:
* Bài 7 trang 66 SGK Vật Lý 12: Với dòng điện xoay chiều, cường độ hiệu dụng I liên hệ với cường độ cực đại I0 theo công thức nào? * Bài 7 trang 66 SGK Vật Lý 12: Với dòng điện xoay chiều, cường độ hiệu dụng I liên hệ với cường độ cực đại I0 theo công thức nào?
A.I=I0/2 B.I=I0/3 C.I=I0/(√2) D.I=I0/(√3) A.I=I0/2 B.I=I0/3 C.I=I0/(√2) D.I=I0/(√3)
° Lời giải bài 7 trang 66 SGK Vật Lý 12:
– Đáp án đúng: c)I=I0/(√2) – Đáp án đúng: c)I=I0/(√2)
* Bài 8 trang 66 SGK Vật Lý 12: Điện áp tức thời giữa hai đầu của một đoạn mạch xoay chiều là: u = 80cos(100πt) (V). Hỏi tần số góc của dòng điện là bao nhiêu? * Bài 8 trang 66 SGK Vật Lý 12: Điện áp tức thời giữa hai đầu của một đoạn mạch xoay chiều là: u = 80cos(100πt) (V). Hỏi tần số góc của dòng điện là bao nhiêu?
A.100π (rad/s) B. 100 (Hz) C. 50 (Hz) D. 100π (Hz).
° Lời giải bài 8 trang 66 SGK Vật Lý 12:
– Đáp án đúng: A. 100π (rad/s) – Đáp án đúng: A. 100π (rad/s)
* Bài 9 trang 66 SGK Vật Lý 12: Điện áp tức thời giữa hai đầu của một đoạn mạch xoay chiều là: u = 80cos(100πt) (V). Hỏi Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch đó là bao nhiêu? * Bài 9 trang 66 SGK Vật Lý 12: Điện áp tức thời giữa hai đầu của một đoạn mạch xoay chiều là: u = 80cos(100πt) (V). Hỏi Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch đó là bao nhiêu?
A.80V B.40V C.
V
D.
V
° Lời giải bài 9 trang 66 SGK Vật Lý 12:
– Đáp án đúng: D. V – Đáp án đúng: D. V
– Áp dụng công thức: 
* Bài 10 trang 66 SGK Vật Lý 12: Một đèn điện có ghi 110V – 100W mắc nối tiếp với điện trở R vào một mạch xoay chiều có u = 220√2sin100ωt (V). Để đèn sang bình thường, R phải có giá trị là bao nhiêu? * Bài 10 trang 66 SGK Vật Lý 12: Một đèn điện có ghi 110V – 100W mắc nối tiếp với điện trở R vào một mạch xoay chiều có u = 220√2sin100ωt (V). Để đèn sang bình thường, R phải có giá trị là bao nhiêu?
A.1210Ω B.(10/11)Ω C.121Ω D.110Ω
° Lời giải bài 10 trang 66 SGK Vật Lý 12: ° Lời giải bài 10 trang 66 SGK Vật Lý 12:
– Đáp án đúng: C.121Ω – Đáp án đúng: C.121Ω
– Đèn sáng bình thường: 
– Mạch mắc nối tiếp nên U=UR+Ud ⇒ UR=U-Ud = 220-110 = 110(V)
