Đại cương về dòng điện xoay chiều và bài tập vận dụng | Vật lý 9

Dòng điện xoay chiều là gì?

Định nghĩa:

Dòng điện xoay chiều hay còn được gọi là dòng điện AC (Alternating Current) đây là dòng điện có chiều biến thiên tuần hoàn và cường độ biến thiên điều hoà theo thời gian. 

Thông thường sự thay đổi này thường tuần hoàn theo chu kỳ nhất định. 

Dòng điện xoay chiều được tạo ra từ các máy phát điện xoay chiều hoặc được biến đổi từ nguồn điện một chiều. Trong điện dân dụng và công nghiệp dòng điện xoay chiều có điện áp là 110V hoặc 220V, tần số tuần hoàn là 50–60 Hz.

Sự ra đời:

Dòng điện xoay chiều được ra đời ngay sau khi phát hiện ra cảm ứng điện từ và cũng là sản phẩm đầu tay của một nhà hóa học, vật lý người Anh Michael Faraday và nhà chế tác nhạc cụ người Pháp Hippolyte Pixii.

Kí hiệu:

Trong kỹ thuật điện, nguồn điện xoay chiều được được ký hiệu bởi hình ~ (dấu ngã - đây là biểu tượng gợi đến dạng sóng hình sin).

Cách tạo ra dòng điện xoay chiều 

Đối với với cách tạo ra dòng điện xoay chiều không có gì khó khăn. Để có thể thực hiện các em có thể làm theo hai cách sau:

• Cách thứ nhất: Đặt một cuộn dây dẫn kín, sau đó cho nam châm quay quanh cuộn dây dẫn đó. Đối với cách này các em sẽ thu được dòng điện xoay chiều tương đối đơn giản.

• Cách thứ hai: Đặt nam châm quay trước cuộn dây dẫn kín. Cách này hay được áp dụng vì thu được dòng điện AC không quá khó khăn.

Một số đại lượng đặc trưng cho dòng điện xoay chiều 

Tìm hiểu kỹ về một số đại lượng như: Công suất, chu kỳ và tần số, biên độ, giá trị hiệu dụng, pha của dòng điện. 

Công suất của dòng điện xoay chiều 

Dòng điện xoay chiều có công suất dựa vào cường độ, điện áp và độ lệch pha giữa hai đại lượng trên, công suất của dòng điện AC có công thức: 

Trong đó:

• U: Điện áp

• I: Dòng điện

• α: Góc lệch pha giữa U và I

Chú ý: 

• Trong trường hợp dòng điện AC đi qua điện trở thì độ lệch pha giữa U và I có α = 0 khi đó cosα = 1

• Trường hợp dòng điện AC đi qua cuộn dây hoặc tụ điện thì độ lệch pha giữa U và I là 90 độ hoặc -90 độ thì khi đó cosα = 0 và P = 0

Chu kỳ và tần số của dòng điện xoay chiều 

Chu kỳ của AC ký hiệu là T tức là khoảng thời gian mà điện xoay chiều lặp lại vị trí cũ và được tính bằng giây (s).

Tần số điện xoay chiều: là số lần lặp lại trạng thái cũ của dòng điện xoay chiều trong một giây ký hiệu là F đơn vị là Hz.

Biên độ của dòng điện xoay chiều

Biên độ của dòng điện xoay chiều thường sẽ cao hơn điện áp mà ta đo được từ các đồng hồ và cũng chính là giá trị điện áp đỉnh của dòng xoay chiều.

Giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều 

Thường là giá trị chúng ta đo được từ các đồng hồ cũng chính là giá trị điện áp được ghi trên jack cắm nguồn của các thiết bị điện tử.

Ví dụ: Nguồn 220V AC mà ta đang sử dụng chính là chỉ giá trị hiệu dụng.

Pha của dòng điện AC xoay chiều

Nhắc đến pha của dòng điện AC thì thường nói tới sự so sánh giữa hai dòng điện AC cùng tần số. Khi đó người ta sẽ sử dụng thiết bị đo chuyên dụng để xác định pha của dòng điện AC.

Hai dòng điện AC cùng pha: 

Hai dòng điện có các thời điểm điện áp cùng tăng và cùng giảm như nhau.

Dòng điện AC ngược pha:

Là hai dòng điện lệch pha 180 độ, khi dòng điện này tăng thì dòng điện kia giảm và ngược lại.

Dòng điện AC lệch pha:

Là hai dòng điện có các thời điểm điện áp tăng giảm lệch nhau.

Tác dụng của dòng điện xoay chiều

Cũng giống như dòng điện một chiều (DC), một số tác dụng tiêu biểu của dòng điện xoay chiều có thể kể đến như sau:

Tác dụng nhiệt

Đây là một trong những tác dụng đầu tiên mà có thể kể đến của dòng điện xoay chiều. (Ví dụ như: đèn sợi đốt, lò vi sóng, bàn ủi,...)

Tác dụng quang

Ví dụ của tác dụng quang dễ gặp nhất đó chính là bóng đèn sợi đốt, bút thử điện,...

Tác dụng từ

Dòng điện xoay chiều có tác dụng từ như tạo ra từ trường biến lõi sắt thành nam châm điện, chuông điện, cần cẩu điện,...

Ngoài những tác dụng trên dòng điện xoay chiều còn có một số tác dụng có thể kể đến như: tác dụng sinh lý (được dùng dùng trong y tế: trợ tim, châm cứu,...), tác dụng hóa học (dùng để điện phân các chất hóa học, mạ vàng,...)

Sự khác nhau giữa dòng điện 1 chiều và xoay chiều

Dòng điện một chiều và dòng điện xoay chiều cũng có một số điểm khác nhau dễ nhận biết như:

Về nguồn cung cấp:

• Đối với dòng điện 1 chiều nguồn cung cấp là pin hoặc bình ắc quy

• Dòng điện xoay chiều là máy phát điện. Ngoài ra, đối với điện áp của dòng AC thì có giá trị từ âm sang dương và ngược lại.

Đặc tính về chiều dòng điện:

• Dòng điện xoay chiều có thể đổi chiều trong một chu kì nhất định 

• Nhưng đối với dòng điện 1 chiều thì chỉ có một chiều nhất định.

Đặc tính về pha và tần số:

• Trong khi dòng điện xoay chiều có đầy đủ tần số, chu kì và pha 

• Trái ngược lại dòng điện 1 chiều không tồn tại đặc tính về pha và tần số.

Về mức độ sử dụng:

• Dòng điện 1 chiều đa phần đáp ứng tốt cho hầu hết các mạch điện nên nó gần như là sự lựa chọn tốt cho mọi người.

• Khi sử dụng dòng điện AC thì chúng ta cần quan tâm đến việc các mạch chỉnh lưu, ổn áp. Nên khi sử dụng thì phù hợp cung cấp cho các thiết bị bếp, đèn,...

Ký hiệu: 

• Dòng điện xoay chiều được viết tắt là AC và được ký hiệu bằng dấu ngã (~). 

• Còn đối với dòng điện một chiều viết tắt là DC và được ký hiệu bởi dấu cộng, trừ ( +, -)

Sự khác nhau giữa dòng điện 1 pha và 3 pha

Các em có thể dễ dàng phân biệt sự khác nhau giữa dòng điện 1 pha và 3 pha thông qua hai tính chất sau:

Về hiệu điện thế:

• Tại Việt Nam hiệu điện thế của dòng điện 1 pha là 220V nhưng tại một số nước khác như Nhật Bản, Đài Loan, Mỹ điện áp 1 pha theo quy chuẩn thấp hơn là 100V, 110V, 120V,...

• Cũng giống như dòng điện 3 pha thì mỗi quốc gia lại có hiệu điện thế khác nhau vì tùy vào cơ sở hạ tầng, kinh tế và nhiều yếu tố khác. Tại Việt Nam hiệu điện thế của dòng điện 3 pha là 380V, Mỹ là 220V, Nhật là 200V.

Đối tượng sử dụng: 

• Dòng điện 1 pha thường được sử dụng với những đồ vật có công suất nhỏ, các thiết bị không hao tốn điện năng tại các hộ gia đình.

• Với dòng điện 3 pha thì sử dụng với những thiết bị điện có công suất lớn để giải quyết vấn đề điện năng tại các khu công nghiệp,... Ngoài ra, dòng điện 3 pha cũng được nhiều hộ gia đình lắp đặt thêm để lấy đầu ra 220V 1 pha phục vụ cho sinh hoạt.

Xem thêm: Máy biến thế: Cấu tạo, nguyên tắc hoạt động, công dụng & vai trò (kiến thức lý 9)

Ứng dụng dòng điện xoay chiều trong đời sống

Chúng ta có thể thấy điện xoay chiều có ở khắp mọi nơi từ gia đình, trong công nghiệp, công nghệ thông tin,... Sở dĩ dòng điện xoay chiều phổ biến là do nó có thể truyền tải điện năng đi khoảng cách xa một cách dễ dàng. 

Hãy cùng Monkey tìm hiểu rõ hơn những ứng dụng của dòng điện AC trong đời sống hàng ngày nhé.

• Trong dân dụng: Ngày nay động cơ điện xoay chiều có mặt ở hầu hết mọi lĩnh vực, từ các động cơ nhỏ có trong chính ngôi nhà của chúng ta như lò vi sóng, máy giặt, quạt điện,...

• Đối với ngành công nghệ thông tin: Động cơ điện xoay chiều thường thấy nhất trong các thiết bị máy tính (trong các ổ cứng, ổ quang)và chúng thường là các động cơ bước rất nhỏ.

• Ngành công nghiệp: Dòng điện xoay chiều giúp khai khoáng, dầu mỏ, vận hành các máy móc công nghiệp, cần trục điện,....

Bài tập dòng điện xoay chiều Vật lí 9 bài 33 

Để học tốt Vật lí lớp 9, dưới đây Monkey liệt kê các bài tập Vật Lí 9 trong bài số 33: Dòng điện xoay chiều mời các các em cùng theo dõi.

Bài 1 trang 73 SBT Vật Lí 9: Trong cuộn dây dẫn kín xuất hiện dòng điện cảm ứng xoay chiều khi số đường sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây?

1. luôn luôn tăng

2. luôn luôn giảm

3. luân phiên tăng, giảm

4. luôn luôn không đổi

Lời giải: C. luân phiên tăng, giảm

Bài 2 trang 73 SBT Vật Lí 9: Trong thí nghiệm bố trí như hình 33.1 dòng điện xoay chiều xuất hiện trong cuộn dây dẫn kín khi nào?

1. Khi nam châm đứng yên, cuộn dây quay quanh trục PQ

2. Khi nam châm và cuộn dây đều quay quanh trục PQ

3. Khi nam châm và cuộn dây chuyển động thẳng cùng chiều với cùng vận tốc.

4. Khi nam châm đứng yên, cuộn dây dẫn quanh trục AB.

Lời giải: D. Khi nam châm đứng yên, cuộn dây dẫn quanh trục AB.

Bài 3 trang 73 SBT Vật Lí 9: Trên hình 33.2 vẽ một khung dây dẫn kín đặt trong từ trường. Giải thích vì sao khi cho khung dây quay quanh trục PQ nằm ngang thì trong khung dây không xuất hiện dòng điện xoay chiều.

Hình bài ảnh bài 3 SBT. (Ảnh: Sưu tầm Internet)

Lời giải: Vì số đường sức từ xuyên qua tiết diện S của khung dây dẫn không biến đổi nên không xuất dòng điện xoay chiều.

Như vậy, thông qua bài viết này chúng ta đã hiểu rõ hơn về dòng điện xoay chiều là gì, cách tạo ra dòng điện xoay chiều và những ứng dụng trong thực tế của dòng điện xoay chiều và cùng thực hành một số bài cơ bản trong sách bài tập Vật lí 9. Hy vọng những thông tin này sẽ giúp các em nắm vững cũng như củng cố được kiến thức vừa học một cách tốt nhất. Hãy theo dõi chuyên mục kiến thức cơ bản để có thể tìm  hiểu thêm nhiều thông tin thú vị về các môn học nhé!