Đánh Giá Năng Lực - Đại cương về dòng điện xoay chiều

Ngày nay, dòng điện xoay chiều được dùng phổ biến trong nghiên cứu khoa học, sản xuất và đời sống. Dòng điện xoay chiều là gì? Làm thế nào để tạo ra dòng điện xoay chiều?

Hệ thống điện xoay chiều ở nước ta có tần số bằng bao nhiêu hertz?

Trên một bóng đèn sợi đốt có ghi 220 V - 100 W. 220 V là giá trị hiệu dụng hay giá trị cực đại?

Trên Hình 4.4, khung dây ở vị trí nào thì từ thông qua khung dây có trị số nhỏ nhất, lớn nhất?

Hình 4.4. Ba vị trí khung dây quay trong từ trường đều

Mô hình máy phát điện ở Hình 4.3 hay ở Hình 4.5 có ưu thế hơn khi phát công suất điện lớn? Phân tích một nguyên nhân để chứng minh đánh giá của bạn.

Lấy ví dụ về tác dụng phát sáng, tác dụng nhiệt, tác dụng từ, tác dụng hoá học, tác dụng sinh lí của dòng điện xoay chiều.

Tìm hiểu thông tin và thảo luận để nêu được một số ứng dụng của dòng điện xoay chiều trong cuộc sống.

Biển báo ở hình 4.6 cảnh báo điều gì?

Thảo luận với bạn về tác dụng của những quy tắc an toàn điện và tác hại nếu không tuân thủ những quy tắc này.

Hiện nay, hệ thống lưới điện xoay chiều được dùng phổ biến trên khắp thế giới. Có ý kiến cho rằng, những phát triển mới trong công nghệ đang làm cho việc biến đổi hiệu điện thế một chiều ở hiệu điện thế thấp thành hiệu điện thế cao ngày càng trở nên dễ dàng hơn. Trong tương lai, việc lấy năng lượng từ Mặt Trời để phát điện sẽ trở thành thông dụng. Khi đó, hệ thống lưới điện một chiều sẽ phát triển và có thể thay thế lưới điện xoay chiều. Hãy đánh giá ý kiến trên.

Giá trị cực đại của một dòng điện xoay chiều là 10 A, giá trị hiệu dụng của nó là

A. 28 A.                           

B. 3,1 A.                          

C. 7,1 A.                          

D. 14 A.

Tốc độ toả nhiệt trên điện trở R có cường độ dòng điện hiệu dụng I được tính bằng công thức nào sau đây?

A. 0,5.RI².

B. RI².                              

C. 2RI².                            

D. 4RI².

Đặt một điện áp xoay chiều có giá trị cực đại là 200 V vào hai đầu một điện trở 50 $\Omega$. Cường độ dòng điện hiệu dụng qua điện trở là

A. 2,8 A.                          

B. 4,0 A.                          

C. 5,6 A.                          

D. 2,0 A.

Một điện áp xoay chiều có giá trị cực đại là 200 V. Giá trị hiệu dụng của điện áp này là

A. 282 V.                         

B. 200 V.                         

C. 141 V.                         

D. 100 V.

Điện áp hiệu dụng thông thường ở mạng điện gia đình là 220 V, điện áp cực đại là

A. 440 V.                         

B. 311 V.                         

C. 156 V.                         

D. 110 V.

Cả máy phát điện xoay chiều và pin đều có thể dùng để thắp sáng bóng đèn. Nêu điểm khác nhau giữa cường độ dòng điện chạy qua bóng đèn do pin tạo ra và do máy phát điện xoay chiều tạo ra.

Một học sinh đang tìm hiểu một máy phát điện xoay chiều đơn giản như minh hoạ trên Hình 3.13.

a) Kí hiệu X trên sơ đồ chỉ bộ phận nào?

b) Giải thích mục đích của bộ phận có kí hiệu X.

Một công suất điện 20 kW được truyền đi bằng dây dẫn có điện trở 20 $\Omega$. Tính tổn thất năng lượng điện trên đường dây khi điện áp ở đầu đường dây truyền đi là 20 kV.

Nhà máy thuỷ điện Hoà Bình (Hình 13.1) là một trong số các nhà máy thuỷ điện nổi tiếng ở Việt Nam, với tổng sản lượng điện sản xuất kể từ khi được đưa vào vận hành đến tháng 9/2023 là 270 tỉ kW.h (Nguồn: EVN). Dòng điện được tạo ra và truyền đi từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ là dòng điện xoay chiều. Vậy dòng điện xoay chiều có những đặc điểm gì?

Dựa vào định luật Faraday, để xuất một số phương pháp tạo ra suất điện động cảm ứng trong khung dây dẫn kín.

Hình 13.3 là mô hình máy phát điện xoay chiều đơn giản, bao gồm khung dây (1) được đặt trong từ trường của nam châm (2), khung dây được nối với hai vành khuyên (3) và hai thanh quét (4) để đưa dòng điện ra ngoài. Hãy trình bày nguyên tắc tạo suất điện động xoay chiều bởi máy này.

Có thể dùng thanh nam châm thẳng để tạo ra dòng điện xoay chiều trong khung dây kín không? Vì sao?

Từ các dụng cụ: 1 khung dây hình chữ nhật có thể quay đều quanh một trục cố định (trục đối xứng của khung và nằm trong mặt phẳng khung), 2 vật dẫn, 1 nam châm chữ U tạo ra một từ trường đều đủ rộng, 1 cặp dây dẫn. Em hãy thiết kế phương án thí nghiệm để tạo ra dòng điện xoay chiều.

Quan sát Hình 13.4, hãy xác định độ lệch pha của i(t) và u(t).

Nêu ví dụ thực tế chứng tỏ dòng điện xoay chiều cũng có tác dụng nhiệt.

Đồng hồ đo điện đa năng hiện số là thiết bị có thể được sử dụng để đo cường độ dòng điện và điện áp của dòng điện xoay chiều. Số hiển thị trên màn hình khi tiến hành đo thể hiện giá trị nào của dòng điện?

Xét dòng điện xoay chiều đi qua đoạn mạch chỉ chứa điện trở R. Đồ thị điện áp - thời gian và cường độ dòng điện - thời gian được mô tả trong Hình 13.5.

a) Hãy xác định giá trị cực đại, giá trị hiệu dụng, chu kì và tần số của cường độ dòng điện và điện áp.

b) Nhận xét về pha dao động của cường độ dòng điện và điện áp.

Em hãy sắp xếp đúng thứ tự các bước bên dưới để đo giá trị cường độ dòng điện hiệu dụng chạy qua bóng đèn dây tóc bằng cách sử dụng đồng hồ đo điện đa năng hiện số.

- Mắc nối tiếp đồng hồ với đoạn mạch (có bóng đèn dây tóc và khoá K mở) cần đo cường độ dòng điện.

- Đóng khoá K.

- Chọn thang đo thích hợp.

- Khi các chữ số hiển thị trên màn hình đã ổn định, đọc trị số của cường độ dòng điện.

- Ngắt khoá K và tháo mạch điện.

- Kết thúc thao tác đo, nhấn nút ON/OFF để tắt đồng hồ.

- Tìm hiểu các quy tắc an toàn điện.

- Nhấn nút ON/OFF để bật đồng hồ.

Theo em, để giảm hao phí điện năng trong quá trình truyền tải điện từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ, cần tối thiểu bao nhiêu máy biến áp?

Liệt kê một số đồ dùng sinh hoạt trong gia đình có sự chuyển hoá điện năng chủ yếu thành nhiệt năng hoặc cơ năng.

Quan sát Hình 13.8 và liệt kê những điều nên và không nên làm để đảm bảo an toàn khi sử dụng điện trong gia đình.

Hãy nêu một số quy tắc an toàn điện trong phòng thí nghiệm.

Tìm hiểu và trình bày một số quy tắc an toàn điện trong sản xuất và kinh doanh.

Trong các biểu thức dưới đây (trong đó t được đo bằng s), biểu thức nào biểu diễn đúng cường độ dòng điện xoay chiều có chu kì 0,02 s và giá trị hiệu dụng là $\sqrt{2}$ A?

Dựa vào Hình 13P.1, hãy cho biết đường nào là đường biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng điện vào thời gian của dòng điện không đổi và dòng điện xoay chiều. Giải thích.

Xét một mạch tạo sóng với đầu ra được nối với một dao động kí điện tử dùng để hiển thị mối liên hệ giữa cường độ của tín hiệu điện áp theo thời gian. Dựa vào hình ảnh quan sát được trên màn hình của dao động kí điện tử trong Hình 13P.2, hãy xác định tần số của dòng điện xoay chiều được tạo ra bởi mạch tạo sóng âm tần nói trên. Biết mỗi ô trên trục hoành ứng với khoảng thời gian 0,5 ms.

Cường độ dòng điện xoay chiều qua một đoạn mạch có biểu thức i = 3cosωt (A), trong đó t được đo bằng s. Biết rằng trong thời gian 0,1 s thì dòng điện tăng từ giá trị 0 A đến 3 A. Hãy tính tần số góc của dòng điện xoay chiều qua đoạn mạch.

Đối với dòng điện xoay chiều, cường độ dòng điện hiệu dụng I có công thức liên hệ với cường độ dòng điện cực đại I₀ là

A. $I=\frac{I_0}{\sqrt{2}}$                     

B. $I=I_0$                        

C. $I=I_0\sqrt{2}$                   

D. $I=\frac{I_0}{2}$

 Một ví dụ về nguồn cung cấp điện áp xoay chiều là

A. acquy ô tô.                                                

B. pin điện hoá.

C. nhà máy nhiệt điện.                                     

D. tụ điện.

Trong mạch điện xoay chiều, điện áp giữa hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện trong mạch biến thiên điều hoà theo thời gian. Liên hệ giữa pha điện áp và pha của dòng điện

A. luôn luôn cùng pha với nhau.                    

B. luôn luôn ngược pha với nhau.

C. hiệu số pha không đổi theo thời gian.           

D. luôn luôn vuông pha với nhau.

Trong mạch điện xoay chiều, điện áp giữa hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện trong mạch biến thiên điều hoà theo thời gian. Liên hệ giữa pha điện áp và pha của dòng điện

A. luôn luôn cùng pha với nhau.                    

B. luôn luôn ngược pha với nhau.

C. hiệu số pha không đổi theo thời gian.           

D. luôn luôn vuông pha với nhau.

Chọn cụm từ đúng để điền vào chỗ trống: Cường độ dòng điện của một dòng điện không đổi bằng với ... của một dòng điện xoay chiều khi hai dòng điện đi qua hai điện trở giống nhau và nhiệt lượng toả ra trong khoảng thời gian dài là bằng nhau.

A. cường độ dòng điện trung bình.                 

B. cường độ dòng điện cực đại.

C. cường độ dòng điện hiệu dụng.                    

D. cường độ dòng điện định mức.

Một điện áp xoay chiều u = U₀cos(wt + j_u) có đồ thị điện áp – thời gian như Hình 13.1a. Lần lượt sử dụng điện áp xoay chiều này đặt vào các đoạn mạch A, B, C có chứa các linh kiện điện tử, ta thu được đồ thị cường độ dòng điện – thời gian như Hình 13.1b.

Chỉ ra phát biểu sai.

A. Tần số của điện áp xoay chiều và tần số của cường độ dòng điện trong ba đoạn mạch (A), (B), (C) là 25 Hz.

B. Pha ban đầu của cường độ dòng điện trong ba đoạn mạch (A), (B), (C) lần lượt là 0 rad, $\frac{\mathrm{\pi }}{3}$ rad, $\frac{\mathrm{\pi }}{6}$ rad.

C. Đoạn mạch (B) chỉ chứa điện trở thuần và có giá trị R = 40 W.

D. Cường độ dòng điện trong mạch điện (C) vuông pha với điện áp xoay chiều.

Trong mỗi phát biểu sau, em hãy chọn đúng hoặc sai.

a) Dòng điện xoay chiều giúp giảm hao phí điện năng khi truyền tải đi xa.

b) Dòng điện xoay chiều không làm toả nhiệt trên các linh kiện điện tử.

c) Điện áp hiệu dụng và cường độ dòng điện hiệu dụng của dòng điện xoay chiều có độ lớn thay đổi theo thời gian.

d) Khác với dòng điện không đổi, khi sử dụng dòng điện xoay chiều, có các điện tích tự do đi xuyên qua lớp điện môi của tụ điện.

e) Cả dòng điện không đổi và dòng điện xoay chiều đều được tăng giá trị điện áp thông qua việc sử dụng máy biến áp tăng áp có nguyên lí hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.

f) Mạng điện dân dụng ở nước ta sử dụng dòng điện xoay chiều có giá trị hiệu dụng 220V.

g) Dòng điện xoay chiều làm điện trở toả nhiệt như dòng điện một chiều.

Đặt điện áp xoay chiều có biểu thức $u=220\sqrt{2}\cos \left(100\mathrm{\pi t}\right)$ (V) vào một đoạn mạch chứa các linh kiện điện tử. Biểu thức cường độ dòng điện $i=5\cos \left(100\mathrm{\pi t}+\frac{\mathrm{\pi }}{12}\right)$ (A). Tính độ lệch pha giữa điện áp và cường độ dòng điện.

Cường độ dòng điện xoay chiều qua một đoạn mạch có biểu thức $i=\cos \left(20\mathrm{\pi t}+\frac{\mathrm{\pi }}{6}\right)$ (mA). Hãy xác định cường độ dòng điện tại thời điểm ban đầu.

Mạng điện xoay chiều dân dụng ở Việt Nam có tần số 50 Hz. Hãy xác định số lần dòng điện đổi chiều trong 1 giây.

Cường độ dòng điện xoay chiều qua một đoạn mạch có biểu thức i = I₀ cos(100pt + j). Trong một giây dòng điện có độ lớn bằng không bao nhiêu lần?

Một điện áp xoay chiều được đặt vào hai đầu của một điện trở có giá trị 100 W. Nhiệt lượng mà điện trở toả ra trong 5 phút là 3 600 J. Điện áp cực đại có giá trị là bao nhiêu?

Bạn A thực hiện thí nghiệm sóng dừng với một thanh thép mỏng. Bạn A dùng một nam châm điện được nối với điện áp xoay chiều có tần số không đổi để tạo ra dao động cưỡng bức trên thanh thép. Muốn thanh thép dao động với tần số 100 Hz thì bạn A cần phải điều chỉnh tần số của dòng điện là bao nhiêu?

Một bếp điện có điện trở R khi được mắc vào một điện áp xoay chiều có cường độ dòng điện cực đại là 6,4 A thì có công suất toả nhiệt trung bình của bếp là 1 000 W. Giá trị điện trở của bếp điện là bao nhiêu?

Một khung dây dẫn có diện tích 50 cm² gồm 500 vòng dây quay đều với tốc độ 2 000 vòng/phút trong một từ trường đều $\stackrel{\rightharpoonup }{B}$ có phương vuông góc với trục quay của khung và có độ lớn cảm ứng từ 0,02 T. Xem khung dây như một điện trở thuần có điện trở 50 W. Hãy tính nhiệt lượng toả ra trên khung dây trong 10 phút.

Máy biến áp là một thiết bị hoạt động theo nguyên lí cảm ứng điện từ nhằm thay đổi điện áp xoay chiều nhưng vẫn giữ nguyên tần số. Máy biến áp đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng. Cụ thể, để tối ưu hiệu suất của quá trình truyền tải điện năng đi xa và giảm thiểu hao phí trong quá trình này, việc sử dụng dòng điện xoay chiều với điện áp cao là cần thiết. Trước khi được truyền đi, điện áp cần được tăng lên thông qua máy tăng áp. Khi đến nơi tiêu thụ như khu công nghiệp hoặc khu dân cư, điện áp được hạ xuống thông qua máy hạ áp để phù hợp với nhu cầu sử dụng.

Cấu tạo máy biến áp gồm hai bộ phận chính (Hình 13.2): lõi thép và dây quấn. Lõi thép được chế tạo bởi vật liệu dẫn từ tốt, gồm nhiều lá thép ghép cách điện với nhau. Dây quấn thường làm bằng đồng hoặc nhôm, bên ngoài có bọc cách điện.

Nối cuộn dây sơ cấp của máy biến áp vào một điện áp xoay chiều u₁ = U₁cos(wt + j_u1) thì trong cuộn sơ cấp sẽ xuất hiện dòng điện sơ cấp i₁ = I₁cos(wt + j_i1) và sinh ra từ thông F(t) = Fcos(wt+j), từ thông này xuyên qua đồng thời cả hai dây quấn sơ cấp N₁ và thứ cấp N₂. Theo định luật Faraday, chứng minh rằng, suất điện động xoay chiều xuất hiện trong dây quấn thứ cấp có cùng tần số với điện áp xoay chiều đặt vào hai đầu cuộn dây sơ cấp.

Hiện tượng lưu ảnh của mắt là hiện tượng mà cảm giác về ánh sáng của mắt vẫn được não ghi nhận dù ánh sáng không còn truyền vào mắt nữa. Thời gian lưu ảnh trung bình của mắt người vào khoảng 0,1 s. Thông số này rất quan trọng để các kĩ sư thiết kế tần số của mạng điện xoay chiều dùng trong thắp sáng.

Một đèn cần điện áp có độ lớn tối thiểu là 100 V để phát sáng, được đặt vào điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng là 220 V. Hãy xác định tần số tối thiểu của điện áp để mắt người không cảm thấy đèn chớp nháy liên tục, làm ảnh hưởng đến sức khoẻ của mắt người.

Ở các nhà máy phát điện, máy tăng áp thường được sử dụng để nâng điện áp từ mức trung thế (từ 10 kV đến 50 kV) lên mức cao thế (từ 110 kV đến 500 kV) trước khi truyền tải qua đường dây điện cao thế (Hình 13.3).

Một nhà máy phát điện cung cấp điện năng với công suất $P_0=20MW$ cho một thành phố cách nhà máy 24 km. Trước khi truyền tải, điện áp được sản xuất từ nhà máy điện có giá trị hiệu dụng khoảng 22 kV. Đường dây tải điện làm bằng đồng có điện trở suất 1,69.10^-8 W.m với tiết diện 0,65 cm². Xem các hao phí năng lượng chỉ xảy ra trên điện trở đường dây tải điện. Hãy xác định chi phí phải chi trả do hao phí năng lượng xuất hiện trên dây trong một ngày (24 giờ) ở hai trường hợp sau và nhận xét.

a) Điện áp từ nhà máy phát điện chưa được tăng qua máy biến áp và được truyền tải đi với điện áp là 22 kV.

b) Điện áp từ nhà máy phát điện qua một máy tăng áp để nâng điện áp lên 220kV trước khi truyền tải.

Lấy chi phí truyền tải trên đường dây đến thành phố đối với cả hai mức điện áp này là khoảng 145 đồng/kW.h.

Một khung dây dẫn quay đều quanh trục quay $\Delta$ với tốc độ 150 vòng/phút trong từ trường đều có cảm ứng từ $\overrightarrow{B}$ vuông góc với trục quay của khung. Từ thông cực đại gửi qua khung dây là $10/\pi$ (Wb). Suất điện động hiệu dụng trong khung dây bằng

Chọn phát biểu đúng:

Giữa hai điểm A và B có điện áp xoay chiều: $u=220\cos \left(100\pi t+\pi /2\right)\left(V\right)$. Nếu mắc vôn kế vào A và B thì vôn kế chỉ:

Một mạch điện xoay chiều gồm điện trở $R=50\Omega$. Biểu thức của cường độ dòng điện qua mạch là: $i=2cos(100\pi t+\pi /4)\left(A\right)i=2cos(100\pi t+\pi /4)\left(A\right).$ Nhiệt lượng tỏa ra ở R trong 15phút là:

Dòng điện xoay chiều có cường độ $i=2\cos \left(50\pi t+\pi /6\right)\left(A\right)$

Cường độ còng điện và điện áp của một mạch điện xoay chiều có dạng $i=I_0\cos \left(\omega t+\pi /3\right);u=U_0\cos \left(\omega t-\pi /6\right)$. Kết luận nào sau đây đúng khi nói về độ lệch pha của điện áp so với cường độ dòng điện?

Mạch điện xoay chiều gồm R, L, C nối tiếp có điện áp hai đầu là $u=U_{0}cos\left(\omega t\right).$ Độ lệch pha của dòng điện trong mạch so với điện áp đặt vào phụ thuộc vào

Đồ thị dưới đây mô tả sự phụ thuộc của cường độ dòng điện xoay chiều i theo thời gian t trong một chu kì dao động.

Cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch có độ lớn bằng:

Đồ thị hình bên mô tả sự biến thiên của cường độ dòng điện xoay chiều theo thời gian. Biểu thức của cường độ dòng điện tức thời có biểu thức

Cho đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện với điện dung $C=\frac{{10}^{-4}}{\pi }\left(F\right)$ Đặt điện áp xoay chiều có tần số 50Hz vào hai đầu đoạn mạch. Tại thời điểm mà điện áp hai đầu mạch có giá trị $100\sqrt{10}$ V thì cường độ dòng điện trong mạch là $\sqrt{2}A$. Điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện có giá trị là:

Đặt vào hai đầu cuộn thuần cảm với độ tự cảm $L=\frac{1}{\pi }H$ một hiệu điện thế xoay chiều $u=U_0.cos100\pi t\left(V\right)$ Tại thời điểm t₁có $u_1=200V,i_1=2A$; tại thời điểm t₂ có  $u_2=200\sqrt{2}V,i_2=0$. Biểu thức của hiệu điện thế và dòng điện trong mạch là

Điện áp $u=200co\text{s}\left(100\pi t+\frac{\pi }{2}\right)\left(V\right)$ có giá trị hiệu dụng bằng

Ở Việt Nam, mạng điện xoay chiều dân dụng có điện áp hiệu dụng là

Trong các đại lượng đặc trưng cho dòng điện xoay chiều sau đây, đại lượng nào có dùng giá trị hiệu dụng: