Mở đầu: 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?
Lời giải:
- Dòng điện xoay chiều là dòng điện có cường độ biến thiên tuần hoàn theo thời gian. Để tạo ra dòng điện xoay chiều người ta dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ.
I. Dòng điện xoay chiều và điện áp xoay chiều
Câu hỏi 1: Hệ thống điện xoay chiều ở nước ta có tần số bằng bao nhiêu hertz?
Lời giải:
- Ở Việt Nam, hệ thống điện xoay chiều thường có tần số là 50 hertz (Hz). Điều này có nghĩa là dòng điện xoay chiều thay đổi hướng 50 lần mỗi giây. Tần số này là tiêu chuẩn phổ biến trong nhiều quốc gia trên thế giới, bao gồm cả Việt Nam. Tuy nhiên, cũng có một số quốc gia sử dụng tần số khác như 60 Hz
Câu hỏi 2: Trên một bóng đèn sợi đốt có ghi 220 V - 100 W. 220 V là giá trị hiệu dụng hay giá trị cực đại?
Lời giải:
- Trên một bóng đèn sợi đốt có ghi 220 V - 100 W: 220 V là giá trị hiệu dụng.
II. Phương pháp tạo ra dòng điện xoay chiều
Câu hỏi 3 trang 81 Vật Lí 12: Trên Hình 4.4, khung dây ở vị trí nào thì từ thông qua khung dây có trị số nhỏ nhất, lớn nhất?
Lời giải:
Ta thấy trong hình a) và c) có mặt phẳng khung dây song song với vecto cảm ứng từ 
do đó góc hợp bởi vecto pháp tuyến 
của mặt phẳng khung dây hợp với 
một góc α = 90o, 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 
của mặt phẳng khung dây hợp với 
một góc α = 0o 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.
III. Sử dụng dòng điện xoay chiều
Câu hỏi 4: Mô hình máy phát điện ở Hình 4.4 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.
Lời giải:
Mô hình máy phát điện ở Hình 4.5 có ưu thế hơn khi phát công suất điện lớn. Vì:
- Mô hình ở hình 4.3 sử dụng phần cảm cố định, từ tính của nam châm vĩnh cửu không thể bằng nam châm điện, do đó từ thông sinh ra ở mức độ tương đối, mô hình này phù hợp cho sản xuất dòng điện xoay chiều 1 pha.
- Mô hình 4.5 có phần cảm quay, dùng nhiều cuộn dây và nam châm mỗi cuộn dây sẽ thu được 1 dòng điện cảm ứng, phần cảm quay đều sẽ tạo ra dòng điện cảm ứng liên tục trong các cuộn dây.
Luyện tập 1: 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.
Lời giải:
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.
Luyện tập 2: Tìm hiểu thông tin và thảo luận để nêu được một số ứng dụng của dòng điện xoay chiều trong cuộc sống.
Lời giải:
- Ứng dụng trong việc chiếu sáng. Khi đó, điện năng sẽ được chuyển hóa thành quang năng. Cụ thể, nó được ứng dụng trong hệ thống đèn chiếu sáng của gia đình, doanh nghiệp, được dùng làm đèn nháy trang trí, đèn LED phục vụ cho biểu diễn sân khấu, …
- Ứng dụng trong sản xuất và sử dụng bếp từ, bếp hồng ngoại, bếp điện, …lò sưởi thông minh, đèn sưởi lắp đặt trong nhà tắm, phòng ngủ…
- Được sử dụng và hỗ trợ tích cực cho các hoạt động khám chữa bệnh, điều trị phóng xạ, điều trị các bệnh ung thư, kích tim, châm cứu, …
- Ứng dụng để tạo ra từ trường, chế tạo nam châm điện, cần cẩu điện, loa điện,…
- Dòng điện xoay chiều một pha thường được sử dụng trong sinh hoạt gia đình, các thiết bị có công suất nhỏ như bóng đèn, ti vi, tủ lạnh, máy giặt, nồi cơm điện, quạt điện, máy bơm nước, …
- Dòng điện 3 pha là dòng điện khỏe, có hiệu suất làm việc cao hơn nên thường được sử dụng làm máy phát điện. Và được sử dụng trong việc truyền tải các thiết bị điện có công suất lớn, góp phần vào việc giảm tiêu hao điện năng sử dụng.
- Ứng dụng trong sản xuất và công nghiệp
Câu hỏi 5: Biển báo ở hình 4.6 cảnh báo điều gì?
Lời giải:
Đây là biển cảnh báo nguy hiểm có liên quan đến dòng điện, cần chú ý an toàn.
Luyện tập 3: 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.
Lời giải:
• Để đảm bảo an toàn khi sử dụng điện xoay chiều, cần tuân thủ những quy tắc an toàn điện dưới đây:
+ Lắp đặt thiết bị đóng ngắt điện (cầu dao hay aptomat) đúng cách để ngắt dòng điện khi có chập điện hay quá tải.
+ Lựa chọn thiết bị đóng/ngắt điện phù hợp với công suất sử dụng.
+ Nơi lắp đặt cầu dao, cầu chì, công tắc, ổ điện phải ở những vị trí cao, khô ráo, thuận tiện.
+ Giữ khoảng cách an toàn với những khu vực có điện áp cao.
+ Nối đất vỏ kim loại cho các thiết bị điện (máy giặt, tủ lạnh, bếp điện, ...).
+ Thường xuyên kiểm tra các thiết bị, đường dây điện, thiết bị đóng ngắt bảo vệ điện trong nhà để phòng tránh các sự cố giật điện, cháy nổ, ...
+ Khi nhà bị ngập hoặc bị mưa bão làm tốc mái, cần ngắt cầu dao điện để đảm bảo an toàn.
• Tác dụng của những quy tắc an toàn này giúp mọi người nhận biết và ứng phó linh hoạt với các tình huống xảy ra về điện, cách sử dụng điện sao cho đúng và an toàn.
• Tác hại nếu không tuân thủ những quy tắc này:
- Gây thiệt hại về người và tài sản
- Chập cháy nổ
Vận dụng: 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.
Lời giải:
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.