Dạng 1: Xác định từ thông qua khung dây và suất điện động xoay chiều
Sử dụng các công thức:
- Từ thông:
\[\Phi = NB{\rm{S}}\cos \left[ {\omega t + \varphi } \right] = {\Phi _0}\cos \left[ {\omega t + \varphi } \right]\] [Wb]
Trong đó:
+ N: số vòng dây
+ S: tiết diện vòng dây [m2]
+ B: cảm ứng từ [T]
+ \[{\Phi _0} = NB{\rm{S}}\]: từ thông cực đại qua khung dây [Wb]
+ \[\omega \]: tốc độ quay của khung dây [rad/s]
- Suất điện động xoay chiều:
\[e = - \Phi ' = {E_0}\cos \left[ {\omega t + \varphi } \right]\] [V]
Trong đó: \[{E_0} = NB{\rm{S}}\omega = \omega {\Phi _0}\]: suất điện động xoay chiều cực đại [V]
*Chú ý: Khi trong khung dây có suất điện động thì hai đầu khung dây có điện áp [hiệu điện thế]. Nếu khung dây chưa nối với tải thì E = U.
Bài tập ví dụ: Từ thông qua một vòng dây dẫn là \[\Phi = \frac{{{{2.10}^{ - 2}}}}{\pi }\cos \left[ {100\pi t + \frac{\pi }{4}} \right]\left[ {{\rm{W}}b} \right]\]. Biểu thức của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong vòng dây này là?
Hướng dẫn giải
Ta có:
\[e = - \Phi ' = \omega {\Phi _0}\sin \left[ {\omega t + \varphi } \right] \\= \omega {\Phi _0}\cos \left[ {\omega t + \varphi - \frac{\pi }{2}} \right]\]
\[ \Rightarrow e = \frac{{{{2.10}^{ - 2}}}}{\pi }.100\pi \cos \left[ {100\pi t + \frac{\pi }{4} - \frac{\pi }{2}} \right] \\= 2\cos \left[ {100\pi t - \frac{\pi }{4}} \right]\left[ V \right]\]
Dạng 2: Xác định các đại lượng đặc trưng của dòng điện xoay chiều
- Phương trình tổng quát của dòng điện xoay chiều:
\[i = {I_0}\cos \left[ {\omega t + \varphi } \right]\], với I0 là cường độ dòng điện cực đại.
- Các giá trị hiệu dụng:
+ Cường độ dòng điện hiệu dụng: \[I = \frac{{{I_0}}}{{\sqrt 2 }}\]
+ Suất điện động hiệu dụng: \[E = \frac{{{E_0}}}{{\sqrt 2 }}\]
+ Điện áp hiệu dụng: \[U = \frac{{{U_0}}}{{\sqrt 2 }}\]
- Nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở R: \[Q = {I^2}Rt\]
Trong đó:
Q: nhiệt lượng [J]
R: điện trở mạch ngoài
t: thời giam dòng điện chạy qua R [s]
- Công suất tỏa nhiệt: \[P = \frac{Q}{t} = {I^2}R\] [W]
Bài tập ví dụ:
Cường độ dòng điện \[i = 2\sqrt 2 \cos \left[ {100\pi t} \right]\left[ A \right]\] có giá trị hiệu dụng là bao nhiêu?
Hướng dẫn giải
Từ phương trình ta có cường độ dòng điện cực đại \[{I_0} = 2\sqrt 2 A\]
Cường độ dòng điện hiệu dụng:
\[I = \frac{{{I_0}}}{{\sqrt 2 }} = \frac{{2\sqrt 2 }}{{\sqrt 2 }} = 2A\]
Dạng 3: Tìm điện lượng chuyển qua tiết diện dây dẫn
Điện lượng qua tiết diện S trong thời gian t là q: \[q = i.t\]
Điện lượng qua tiết diện S trong thời gian từ t1 đến t2 là \[\Delta q\]: \[\Delta q = i.\Delta t\]
\[ \Rightarrow i = \dfrac{{dq}}{{dt}} \Rightarrow q = \int\limits_{{t_1}}^{{t_2}} {i{\rm{d}}t} \]
Bài tập ví dụ:
Dòng điện xoay chiều có biểu thức: \[i = 2\sin 100\pi t\left[ A \right]\] chạy qua dây dẫn. Điện lượng chạy qua tiết diện dây trong khoảng thời gian từ 0 đến 0,15 s là:
Hướng dẫn giải
Ta có:
\[ \Rightarrow i = \dfrac{{dq}}{{dt}} \Rightarrow q = \int\limits_{{t_1}}{{t_2}} {i{\rm{d}}t} = \int\limits_0{0,15} {2\sin 100\pi tdt} \]
\[ \Rightarrow q = - \dfrac{{2\cos 100\pi t}}{{100\pi }}\left| {_0^{0,15}} \right. = \dfrac{4}{{100\pi }}\left[ C \right]\]
Dạng 4: Tính số lần dòng điện đổi chiều sau một khoảng thời gian t
Trong mỗi giây: Dòng điện đổi chiều 2f lần
\=> Trong thời gian t giây: Dòng điện đổi chiều t.2f lần
Đặc biệt: Nếu pha ban đầu \[{\varphi _i} = \frac{\pi }{2}\] hoặc \[{\varphi _i} = - \frac{\pi }{2}\]thì chỉ giây đầu tiên đổi chiều 2f-1 lần
Dạng 5: Xác định thời gian đèn sáng - tắt.
- Dùng mối liên hệ giữa dao động điều hòa và chuyển động tròn đều để tính.
- Dòng điện xoay chiều:
- Mỗi giây dòng điện đôi chiều 2f lần.
- Nếu cho dòng điện qua bộ phận làm rung dây trong hiện tượng sóng dừng thì dây rung với tần số 2f.
- Công thức tính thời gian đèn huỳnh quang sáng trong 1 chu kì.
Khi đặt điện áp u = U0cos[wt + ju] vào hai đầu bóng đèn, biết đèn chỉ sáng lên khi u ≥ U1.
\[\Delta t = \frac{{4\Delta \varphi }}{\omega }\] Với \[c{\rm{os}}\Delta \varphi = \frac{{{U_1}}}{{{U_0}}}\],\[[0{\rm{ }} < \Delta \varphi < \frac{\pi }{2}]\]
Học Mãi chia sẻ bài tập nâng cao dòng điện xoay chiều, giúp các bạn học sinh có thể tập trung rèn luyện kỹ năng và tăng phản xạ làm các dạng bài khó, các dạng bài "thang điểm 9,10" trong bài thi. Bên cạnh đó, bộ câu hỏi còn giúp các em học sinh ôn tập lại các lý thuyết lý 12 ôn thi đại học một cách tốt nhất khi phải vận dụng và kết hợp các kiến thức đã học để có thể đưa ra phương án giải bài tập.
Các câu hỏi bài tập dòng điện xoay chiều nâng cao được Học Mãi chia sẻ đều được sưu tầm từ các đề thi của các trường chuyên trên cả nước các năm như: Trường Chuyên Lê Quý Đôn, trường Chuyên Sư Phạm Hà Nội, Chuyên KHTN Hà Nội, Chuyên ĐH Vinh,.... kèm theo lời giải chi tiết giúp các em học sinh trau dồi nhiều kỹ năng và phương hướng làm bài khác nhau sao cho hiệu quả và tiết kiệm thời gian nhất.
Ngoài ra, đối với các em học sinh đang gặp khó khăn trong việc ôn tập lý thuyết và các dạng bài tập, các em có thể tham khảo thêm khóa học: