Bài 4. Đại cương về dòng điện xoay chiều trang 79, 80, 81 Vật lý 12 Cánh diều: Ngày nay, dòng điện xoay chiều được dùng phổ biến trong nghiên cứu khoa học, sản xuất và đời sống...

Câu hỏi:

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?

Hướng dẫn giải :

Vận dụng kiến thức thực tế của bản thân

Lời giải chi tiết :

Xét một đoạn mạch tiêu thụ điện, giữa hai đầu đoạn mạch có một hiệu điện thế biến thiên theo thời gian theo định luật dạng sin hay cosin, được gọi là hiệu điện thế xoay chiều hay điện áp xoay chiều. Trong đoạn mạch xuất hiện dòng điện có cường độ biến thiên theo thời gian theo định luật dạng sin hay cosin. Dòng điện này được gọi là dòng điện xoay chiều hình sin, gọi tắt là dòng điện xoay chiều.

Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi từ thông qua một khung dây dẫn biến thiên điều hoà, trong khung dây xuất hiện một suất điện động cảm ứng cũng biến thiên điều hoà.

Cho một khung dây dẫn phẳng có diện tích S quay đều với tốc độ góc ω quanh một trục vuông góc với các đường sức của một từ trường đều có cảm ứng từ (Hình 4.1).

Theo định luật cảm ứng điện từ, trong khung dây xuất hiện một suất điện động cảm ứng xoay chiều.

Câu hỏi:

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

Hướng dẫn giải :

Vận dụng kiến thức thực tế của bản thân

Lời giải chi tiết :

Hệ thống điện xoay chiều ở nước ta có tần số bằng 50 Hz

Câu hỏi:

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

Hướng dẫn giải :

Vận dụng kiến thức thực tế của bản thân

Lời giải chi tiết :

220V là giá trị hiệu dụng

Câu hỏi:

Trên Hình 4.2, khung dây ở vị trí nào thì từ thông qua khung dây có trị số nhỏ nhất, lớn nhất?

Hướng dẫn giải :

Vận dụng công thức tính từ thông

Lời giải chi tiết :

Ta thấy trong hình a) và c) có mặt phẳng khung dây song song với vecto cảm ứng từ \(\overrightarrow B \) do đó góc hợp bởi vecto pháp tuyến \(\overrightarrow n \) của mặt phẳng khung dây hợp với \(\overrightarrow B \) một góc α = 90^o, theo công thức chính để tính từ thông là Φ = NBS. cosα ta có cosα = 0 nên Φ₁ = Φ₃ = 0 Wb.

Trong hình b) ta thấy vecto pháp tuyến \(\overrightarrow n \) của mặt phẳng khung dây hợp với \(\overrightarrow B \) một góc α = 0^o do đó Φ₂ = NBS. cosα = NBS.

Do đó, từ thông qua khung dây theo hình b) là lớn nhất và hình a) và c) là nhỏ nhất.

Câu hỏi:

Mô hình máy phát điện ở Hình 4.3 hay ở Hình 4.4 có ưu thế hơn khi phát công suất điện lớn? Phân tích một nguyên nhân để chứng minh đánh giá của bạn.

Hướng dẫn giải :

Vận dụng mô hình máy phát điện

Lời giải chi tiết :

Mô hình máy phát điện ba pha thường được ưu tiên hơn so với máy phát điện một pha khi phát công suất điện lớn. Các nguyên nhân chính để chứng minh điều này là:

+ Hiệu suất truyền tải năng lượng: Trong hệ thống ba pha, các máy phát điện và các thiết bị tiêu thụ được kết nối theo cấu trúc ba pha, trong đó mỗi pha có cùng một điện áp và chênh lệch 120 độ trong chu kỳ. Điều này cho phép dòng điện được phân phối đều trên các dây dẫn và các thiết bị, giảm thiểu tổn thất năng lượng và tăng hiệu suất truyền tải năng lượng.

+ Giảm kích thước và chi phí của dây dẫn: Với cùng một công suất, hệ thống ba pha có thể sử dụng dây dẫn nhỏ hơn so với hệ thống một pha để vận chuyển dòng điện, vì dòng điện trong hệ thống ba pha sẽ nhỏ hơn do được chia đều trên ba dây dẫn. Điều này giảm chi phí và kích thước của hệ thống dây dẫn.

+ Khả năng hoạt động ổn định hơn: Hệ thống ba pha cung cấp khả năng hoạt động ổn định hơn trong việc chuyển đổi và phân phối năng lượng. Các biến đổi của dòng điện ở mỗi pha là tuần hoàn và tương phản, giúp làm giảm những hiện tượng nhiễu và đảm bảo ổn định trong hệ thống điện.

Như vậy, mặc dù cài đặt ban đầu và chi phí ban đầu có thể cao hơn, hệ thống máy phát điện ba pha thường mang lại hiệu suất và hiệu quả cao hơn khi phát công suất điện lớn so với máy phát điện một pha.

Câu hỏi:

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

Hướng dẫn giải :

Vận dụng kiến thức thực tế của bản thân

Lời giải chi tiết :

Dòng điện xoay chiều (AC) có nhiều ứng dụng khác nhau, cung cấp năng lượng để thực hiện nhiều tác dụng khác nhau. Dưới đây là một số ví dụ về các tác dụng của dòng điện xoay chiều:

+ Tác dụng phát sáng: Dòng điện xoay chiều được sử dụng trong các bóng đèn và đèn huỳnh quang để tạo ra ánh sáng.

+ Tác dụng nhiệt: Dòng điện xoay chiều cũng được sử dụng để tạo ra nhiệt. Ví dụ, trong các ấm điện, dòng điện đi qua dây dẫn điện làm nhiệt các dây này, tạo ra nhiệt độ cao để nấu nướng hoặc làm sưởi ấm.

+ Tác dụng từ: Dòng điện xoay chiều tạo ra từ trường xung quanh các dây dẫn dẫn điện. Điều này được sử dụng trong các máy biến đổi, máy phát điện và các thiết bị điện khác mà cần từ trường để hoạt động, chẳng hạn như motor điện.

+ Tác dụng hoá học: Dòng điện xoay chiều được sử dụng trong quá trình điện phân, đây là quá trình quan trọng trong nhiều ứng dụng công nghiệp và xử lý chất thải.

+ Tác dụng sinh lí: Trong y học và vật lý trị liệu, dòng điện xoay chiều có thể được sử dụng để điều trị các vấn đề liên quan đến cơ bắp và thần kinh. Các thiết bị như máy điện châm có thể sử dụng dòng điện xoay chiều để kích thích cơ bắp và cải thiện sự lưu thông máu.

Câu hỏi:

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

Hướng dẫn giải :

Vận dụng kiến thức thực tế của bản thân

Lời giải chi tiết :

Dưới đây là một số ứng dụng của dòng điện xoay chiều trong cuộc sống:

+ Hệ thống điện trong nhà và công nghiệp: Dòng điện xoay chiều được sử dụng rộng rãi trong hệ thống điện cung cấp năng lượng cho các gia đình, công xưởng, văn phòng, cơ sở thương mại và công nghiệp. Nó cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện gia dụng như tủ lạnh, máy giặt, máy sưởi, máy lạnh, và cung cấp nguồn điện cho các thiết bị công nghiệp như máy móc, máy sản xuất và thiết bị điều khiển.

+ Công nghệ thông tin và viễn thông: Dòng điện xoay chiều cung cấp nguồn điện cho các thiết bị điện tử như máy tính, điện thoại, máy in, máy scan và các thiết bị mạng. Nó cũng được sử dụng trong các trạm cơ sở viễn thông và các trạm thu phát sóng để cung cấp điện cho các thiết bị viễn thông.

+ Giao thông và vận tải: Dòng điện xoay chiều được sử dụng trong các hệ thống vận tải công cộng như đường sắt và hệ thống điện đường sắt, hệ thống giao thông cá nhân như ô tô, xe buýt điện và xe điện, và các phương tiện giao thông cá nhân như xe máy điện và xe đạp điện.

Câu hỏi:

Biển báo ở hình dưới cảnh báo điều gì?

Hướng dẫn giải :

Vận dụng kiến thức thực tế của bản thân

Lời giải chi tiết :

Đây là biển cảnh báo nguy hiểm có liên quan đến dòng điện, cần chú ý an toàn.

Câu hỏi:

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.

Hướng dẫn giải :

Vận dụng kiến thức thực tế của bản thân

Lời giải chi tiết :

Các quy tắc an toàn điện được thiết lập để bảo vệ người làm việc và người tiêu dùng khỏi nguy cơ tai nạn điện và hỏa hoạn. Việc tuân thủ những quy tắc này không chỉ giúp giữ cho môi trường làm việc và sống lành mạnh, mà còn giảm thiểu nguy cơ hỏa hoạn và các vấn đề an toàn khác. Dưới đây là một số tác dụng của những quy tắc an toàn điện và tác hại nếu không tuân thủ chúng:

+ Bảo vệ người làm việc và người tiêu dùng: Những quy tắc an toàn điện giúp bảo vệ người làm việc và người tiêu dùng khỏi nguy cơ điện giật và cháy nổ. Các biện pháp an toàn như đeo đồ bảo hộ, sử dụng thiết bị cách điện, kiểm tra và bảo dưỡng định kỳ các thiết bị điện đều giúp giảm nguy cơ tai nạn.

+ Bảo vệ tài sản và thiết bị điện: Việc tuân thủ các quy tắc an toàn điện giúp bảo vệ tài sản và thiết bị điện khỏi hỏa hoạn và hỏng hóc. Việc sử dụng đúng cách các thiết bị bảo vệ như ổ cắm chống giật điện, ổ cắm quá tải và các bộ ngắt mạch giúp ngăn chặn các sự cố điện không mong muốn.

+ Giảm thiểu rủi ro cho doanh nghiệp và tổ chức: Các quy tắc an toàn điện giúp giảm thiểu rủi ro tai nạn lao động và hỏa hoạn trong môi trường làm việc. Điều này giúp cho doanh nghiệp và tổ chức tránh được các khoản chi phí đáng kể liên quan đến việc chi trả bồi thường tai nạn lao động, sửa chữa thiết bị hỏng hóc và mất mát do hỏa hoạn.

Nếu không tuân thủ những quy tắc an toàn điện, có thể xảy ra các hậu quả nghiêm trọng như tai nạn điện, hỏa hoạn, thương tích và mất mát về người và tài sản. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến cá nhân mà còn gây ra những hậu quả lớn cho cộng đồng và xã hội.

Câu hỏi:

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.

Hướng dẫn giải :

Vận dụng kiến thức thực tế của bản thân

Lời giải chi tiết :

Ý kiến đó có thể đúng ở một số khía cạnh, nhưng việc thay thế hoàn toàn hệ thống lưới điện xoay chiều bằng hệ thống lưới điện một chiều vẫn còn nhiều thách thức và hạn chế.

+ Biến đổi hiệu điện thế từ DC (một chiều) sang AC (xoay chiều): Công nghệ chuyển đổi điện đã và đang phát triển, giúp việc biến đổi hiệu điện thế từ DC sang AC trở nên dễ dàng và hiệu quả hơn. Điều này được thấy rõ trong các hệ thống điện mặt trời, nơi các biến tần được sử dụng để chuyển đổi điện từ các tấm pin mặt trời (DC) thành AC để cung cấp cho lưới điện.

+ Phát triển năng lượng mặt trời và hệ thống lưới điện một chiều: Năng lượng mặt trời đang trở thành nguồn năng lượng tái tạo phổ biến và ngày càng được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Trong tương lai, việc phát triển các hệ thống lưới điện một chiều để tích hợp năng lượng mặt trời có thể trở nên phổ biến hơn. Hệ thống lưới điện một chiều có thể giúp giảm thiểu tổn thất truyền tải và tối ưu hóa sử dụng nguồn năng lượng tái tạo.

Tuy nhiên, cần phải xem xét các yếu tố sau:

+ Hiệu suất và ổn định của hệ thống lưới điện một chiều.

+ Chi phí đầu tư và hạ tầng sẵn có.

Do đó, trong tương lai gần, việc thay thế hoàn toàn hệ thống lưới điện xoay chiều bằng lưới điện một chiều vẫn còn nhiều thách thức và cần được xem xét kỹ lưỡng. Tuy nhiên, việc tích hợp nguồn năng lượng tái tạo và phát triển các hệ thống lưới điện một chiều có thể là một phần quan trọng trong việc tăng cường sự bền vững của ngành công nghiệp điện.