Bài 12. Đại cương về dòng điện xoay chiều

Lý thuyết

Câu 1: SGK Vật lí 12, trang 66

Phát biểu các định nghĩa:

a, giá trị tức thời;

b, giá trị cực đại;

c, giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện và điện áp xoay chiều hình sin.

Hướng dẫn giải

a, Giá trị tức thời là giá trị của một đại lượng vật lí tại một thời điểm xác định. Ví dụ: cường độ dòng điện tức thời, vận tốc tức thời....

b, Giá trị cực đại là giá trị lớn nhất của đại lượng vật lí. Ví dụ: hiệu điện thế cực đại, công suất cực đại....

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 mà khi cho hai dòng này cùng qua một điện trở R thì công suất tỏa nhiệt của chúng bằng nhau.

Giá trị hiệu dụng của hiệu điện thế xoay chiều được tính theo công thức: $U = \frac{U_{0}}{\sqrt{2}}$.

Câu 2: SGK Vật lí 12, trang 66

Tại sao phải quy định thống nhất tần số của dòng điện xoay chiều tạo ra trong kĩ thuật?

Hướng dẫn giải

Khi tần số của dòng điện tạo ra trong kĩ thuật có sự thống nhất, lúc này ta có thể ghép các thiết bị điện xoay chiều với nhau một cách dễ dàng mà không cần các thiết bị biến đổi tần số.

Câu 3: SGK Vật lí 12, trang 66

Xác định các giá trị trung bình theo thời gian của:

a, $2\sin 100\pi t$.

b, $2\cos  100\pi t$.

c, $2\sin (100\pi t + \frac{\pi }{6})$.

d, $4\sin ^{2}100\pi t$.

e, $2\cos  (100\pi t - \frac{\pi }{3})$.

Hướng dẫn giải

a, 0

b, 0

c, 0

d, Ta có: $4\sin ^{2}100\pi t$ = $2.(1 - \cos (200\pi t))$ nên giá trị trung bình = 2.

e, 0

Giải thích: Các hàm số sin, cos là các hàm điều hòa dao động quanh điểm 0 nên giá trị trung bình của chúng bằng 0.

Câu 4: SGK Vật lí 12, trang 66

Trên một bóng đèn có ghi 220 V - 100W, nối đèn ấy vào mạng điện xoay chiều có U = 220 V. Xác định:

a, Điện trở của đèn.

b, Cường độ dòng điện hiệu dụng qua đèn.

c, Điện năng tiêu thụ của đèn trong một giờ.

Hướng dẫn giải

Tóm tắt

$U_{đ} = 220 (V)$,

$U_{m} = 220 (V)$

$P_{đ} = 100 (W)$

a, R = ?

b, I = ?

c, Điện năng tiêu thụ của đèn trong 1 giờ.

Bài giải

a, Điện trở của đèn là:

$P = \frac{U^{2}}{R}$ $\Rightarrow $ $R = \frac{U^{2}}{P} = \frac{220^{2}}{100} = 484$ $\Omega $.

b, Dòng điện hiệu dụng qua đèn là:

$I = \frac{U}{R} = \frac{220}{484} = \frac{5}{11}$ (A).

c, Điện năng tiêu thụ của đèn trong một giờ là:

$Đ = P.t = 100.1 = 100$ (W.h)

Câu 5: SGK Vật lí 12, trang 66

Một mạch điện gồm hai đèn mắc song song, trên mỗi đèn có ghi: 220 V - 115 W, 220 V - 132 W. Nối hai đầu của mạch điện ấy vào mạng điện xoay chiều có U = 220 V. Xác định:

a, Công suất tiêu thụ của mạch điện;

b, Cường độ dòng điện cung cấp cho mạch.

Hướng dẫn giải

a, Do hai đèn được mắc vào điện áp bằng điện áp định mức của chúng, nên công suất tiêu thụ của mỗi đèn đúng bằng công suất tiêu thụ định mức của nó.

$\Rightarrow $ Công suất tiêu thụ của cả mạch là: $P = P_{1} + P_{2} = 115 + 132 = 247 (W)$.

b, Cường độ dòng điện qua mỗi đèn là:

$I_{1} = \frac{P_{1}}{U} = \frac{115}{220} = \frac{23}{44}$ (A).

$I_{2} = \frac{P_{2}}{U} = \frac{132}{220} = \frac{3}{5}$ (A).

Do mạch gồm hai bóng đèn mắc song song nên $I_{m} = I_{1} + I_{2} = \frac{23}{44} + \frac{3}{5} \approx 1,123$ (A).

Câu 6: SGK Vật lí 12, trang 66

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 ?

Hướng dẫn giải

Dòng điện định mức của đèn: $I_{đm} = \frac{P}{U_{đm}} = \frac{100}{100} = 1$ (A).

Để đèn hoạt động bình thường, thì dòng điện trong mạch phải có giá trị: $I_{m} = I_{đm} = 1$ (A).

Khi đó, điện trở của mạch là: $R_{m} = \frac{U_{m}}{I_{m}} = \frac{110}{1} = 110$ $\Omega $.

Ta thấy: $R_{m} > R_{đ}$ nên cần phải mắc nối tiếp đèn với một điện trở có $R_{đt} = R_{m} - R_{đ} = 110 - 100 = 10$ $\Omega $.

Câu 7: SGK Vật lí 12, trang 66

Với dòng điện xoay chiều, cường độ hiệu dụng I liên hệ với cường độ cực đại I₀ theo công thức nào?

A. $I = \frac{I_{0}}{2}$.

B. $I = \frac{I_{0}}{3}$.

C. $I = \frac{I_{0}}{\sqrt{2}}$.

D. $I = \frac{I_{0}}{\sqrt{3}}$

Hướng dẫn giải

Chọn đáp án C.

Câu 8: SGK Vật lí 12, trang 66

Điện áp tức thời giữa hai đầu của một đoạn mach xoay chiều là $u = 80\cos 100\pi t$ (V). Tần số góc của dòng điện là bao nhiêu?

A. $100\pi $ rad/s.

B. 100 Hz.

C. 50 Hz.

D. $100\pi $ Hz.

Hướng dẫn giải

Chọn đáp án A.

Câu 9: SGK Vật lí 12, trang 66

Điện áp tức thời giữa hai đầu của một đoạn mach xoay chiều là $u = 80\cos 100\pi t$ (V). Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch đó là bao nhiêu?

A. 80 V.

B. 40 V.

C. $80\sqrt{2}$ V.

D. $40\sqrt{2}$ V.

Hướng dẫn giải

Chọn đáp án D.

Giải thích: Điên áp hiệu dụng trong mạch là: $U = \frac{U_{0}}{\sqrt{2}} = \frac{80}{\sqrt{2}} = 40\sqrt{2}$ (V).

Câu 10: SGK Vật lí 12, trang 66

Một đèn có ghi 110 V - 100 W mắc nối tiếp với điện trở R vào một mạch xoay chiều có $u = 220\sqrt{2}\sin 100\pi t$. Để đèn sáng bình thường, R phải có giá trị là bao nhiêu?

A. 1210 $\Omega $.

B. $\frac{10}{11}$ $\Omega $.

C. 121 $\Omega $.

D. 110 $\Omega $.

Hướng dẫn giải

Chọn đáp án C.

Giải thích:

Điện trở của đèn là: $R_{đ} = \frac{U^{2}_{đ}}{P} = \frac{110^{2}}{100} = 121$ $\Omega $.

Dòng điện định mức của đèn: $I_{đm} = \frac{P}{U_{đm}} = \frac{100}{110} = \frac{10}{11}$ (A).

Để đèn sáng bình thường, thì cường độ dòng điện trong mạch phải đúng bằng cường độ dòng điện định mức của đèn.

Điện trở của cả mạch là: $R_{m} = \frac{U_{m}}{I_{m}} = \frac{220}{\frac{10}{11}} = 242$ $\Omega $.

Do mắc nối tiếp nên giá trị của điện trở là: $R = R_{m} - R_{đ} = 242 - 121 = 121$ $\Omega $