Khởi động: Dòng điện xoay chiều được sử dụng rất phổ biến trong đời sống. Dòng điện xoay chiều được tạo ra bằng cách nào?
Lời giải:
Dòng điện xoay chiều được tạo ra dựa trên nguyên tắc của hiện tượng cảm ứng điện từ, cho khung dây dẫn quay trong từ trường, khi đó từ thông qua khung dây biến thiên, tạo ra dòng điện suất điện động cảm ứng.
I. Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều
Câu hỏi 1: Khung dây dẫn trong Hình 17.2 ở vị trí nào thì suất điện động có giá trị cực đại? Giải thích.
Lời giải:
Khung dây dẫn trong Hình 17.2 ở vị trí vuông góc với từ trường (α = 90°) thì suất điện động có giá trị cực đại.
Giải thích:
- Suất điện động cảm ứng trong khung dây dẫn được xác định theo công thức: e = -NBSωcos(ωt + α)
- Từ công thức trên, ta thấy suất điện động cảm ứng phụ thuộc vào góc α.
- Khi α = 90°, cosα = 1, do đó suất điện động cảm ứng đạt giá trị cực đại.
Câu hỏi 2: Giả sử tại thời điểm t, từ thông qua khung dây dẫn phẳng MNPQ là:
Φ = BScosα = BScosωt
Hãy chứng tỏ, suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây này có dạng:
e = BSωcos(ωt + φ0) (V)
Lời giải:
Từ công thức này 
ta có:
Coi 
Hoạt động 1: Dựa trên nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều, hãy thực hiện các nhiệm vụ sau:
Làm thế nào để dẫn dòng điện ra mạch ngoài khi khung dây dẫn quay đều trong từ trường (Hình 17.2)?
Lời giải:
- Để dẫn dòng điện ra mạch ngoài, người ta dùng hai vành khuyên đặt đồng trục và cùng quay với khung dây. Mỗi vành khuyên có một thanh quét tì vào. Khi khung dây quay, hai vành khuyên trượt trên hai thanh quét, dòng điện truyền từ khung dây qua hai thanh quét ra ngoài.
Hoạt động 2: Thảo luận về:
- nguyên tắc tạo ra suất điện động xoay chiều.
- các yếu tố cần để tạo ra dòng điện xoay chiều.
- thiết kế phương án tạo ra dòng điện xoay chiều.
Lời giải:
Nguyên tắc tạo ra suất điện động xoay chiều:
- Cảm ứng điện từ: khi khung dây dẫn quay trong từ trường, suất điện động cảm ứng sẽ xuất hiện trong khung dây.
- Biến thiên từ thông: suất điện động cảm ứng tỉ lệ thuận với tốc độ biến thiên từ thông qua khung dây.
- Hướng của dòng điện cảm ứng: Theo định luật Lenz, chiều dòng điện cảm ứng sẽ chống lại sự biến thiên từ thông qua khung dây.
Các yếu tố cần để tạo ra dòng điện xoay chiều là:
- Khung dây dẫn: phải được quấn bằng dây dẫn điện.
- Từ trường: khung dây dẫn phải quay trong từ trường.
- Bộ góp điện: bộ góp điện giúp dẫn dòng điện từ khung dây ra mạch ngoài.
Thiết kế phương án tạo ra dòng điện xoay chiều:
- Chọn khung dây dẫn: khung dây dẫn có thể được quấn bằng nhiều vòng dây để tăng giá trị suất điện động cảm ứng.
- Chọn từ trường: có thể sử dụng nam châm vĩnh cửu hoặc điện nam châm để tạo ra từ trường.
- Chọn tốc độ quay: Tốc độ quay của khung dây càng lớn, suất điện động cảm ứng càng lớn.
- Thiết kế bộ góp điện: bộ góp điện phải được thiết kế phù hợp với tốc độ quay của khung dây.
II. Dòng điện xoay chiều
Hoạt động: Dựa vào đồ thị biểu diễn cường độ dòng điện xoay chiều theo thời gian như Hình 17.3, hãy thực hiện các yêu cầu sau:
- Xác định chu kì T (s) và tần số f (Hz) của dòng điện xoay chiều.
- Xác định giá trị cực đại, giá trị hiệu dụng và pha ban đầu của cường độ dòng điện xoay chiều.
- Viết biểu thức cường độ dòng điện theo thời gian.
Lời giải:
III. Máy phát điện xoay chiều
Hoạt động 1: Hãy viết biểu thức suất điện động của máy phát điện xoay chiều trong trường hợp khung dây có N vòng dây, quay với tốc độ góc ω trong từ trường đều có cảm ứng từ ( vuông góc với trục quay của khung).
Lời giải:
Từ thông qua khung dây:
Suất điện động xoay chiều:
Hoạt động 2: Vì sao cần sử dụng vành khuyên và chổi quét để dẫn điện ra mạch ngoài đối với các máy phát điện xoay chiều hoạt động theo cách thứ nhất?
Lời giải:
- Cần sử dụng vành khuyên và chổi quét để dẫn điện ra mạch ngoài đối với các máy phát điện xoay chiều hoạt động theo cách thứ nhất vì: vành khuyên và chổi quét giúp dẫn điện từ khung dây ra mạch ngoài mà không bị xoắn do khung dây quay.
IV. Ứng dụng và quy tắc an toàn khi sử dụng dòng điện xoay chiều
Hoạt động 1: Thảo luận để thực hiện các yêu cầu sau:
1. Ngoài thắp sáng, chạy máy thì dòng điện xoay chiều còn được sử dụng vào những việc gì?
2. Tìm hiểu thông qua sách báo, internet về các biện pháp giảm hao phí trong truyền tải điện năng đi xa bằng dòng điện xoay chiều.
Lời giải:
1. Dòng điện xoay chiều (AC) có nhiều ứng dụng trong đời sống và sản xuất. Ngoài việc thắp sáng và chạy máy, AC còn được sử dụng vào các mục đích sau:
- Truyền tải điện năng đi xa: AC có thể truyền tải điện năng đi xa với hiệu suất cao hơn so với dòng điện một chiều (DC).
- Điều khiển tốc độ động cơ: Tốc độ của động cơ điện xoay chiều có thể được điều khiển dễ dàng bằng cách thay đổi tần số của dòng điện AC.
- Hệ thống điện tử: AC được sử dụng trong hầu hết các hệ thống điện tử, bao gồm máy tính, điện thoại di động, và tivi.
- Hàn điện: AC được sử dụng trong hàn điện để tạo ra nhiệt độ cao cần thiết để nung chảy kim loại.
- Lò nung: AC được sử dụng trong lò nung để tạo ra nhiệt độ cao cần thiết để nung nóng các vật liệu.
- Y tế: AC được sử dụng trong các thiết bị y tế như máy X-quang và máy chụp MRI.
2. Trong quá trình truyền tải điện năng đi xa, một phần năng lượng sẽ bị hao phí dưới dạng nhiệt. Để giảm hao phí này, người ta sử dụng các biện pháp sau:
- Tăng điện áp truyền tải: Khi điện áp truyền tải tăng, cường độ dòng điện sẽ giảm, dẫn đến giảm hao phí trên đường dây.
- Giảm tiết diện dây dẫn: Khi tiết diện dây dẫn giảm, điện trở của dây dẫn sẽ tăng, dẫn đến tăng hao phí trên đường dây. Tuy nhiên, tiết diện dây dẫn không thể giảm quá nhỏ vì sẽ ảnh hưởng đến khả năng dẫn điện của dây.
- Sử dụng dây dẫn có điện trở suất thấp: Dây dẫn có điện trở suất thấp sẽ giúp giảm hao phí trên đường dây.
- Bù công suất phản kháng: Công suất phản kháng là một phần công suất không tiêu thụ năng lượng nhưng lại làm tăng hao phí trên đường dây. Bù công suất phản kháng sẽ giúp giảm hao phí trên đường dây.
- Sử dụng hệ thống truyền tải điện ngầm: Hệ thống truyền tải điện ngầm có thể giảm hao phí do tác động của môi trường.
Ngoài ra, người ta cũng cần thường xuyên kiểm tra và bảo dưỡng đường dây tải điện để đảm bảo hiệu quả truyền tải.
Hoạt động 2: Thảo luận để thực hiện các yêu cầu sau:
1. Nhận biết được ý nghĩa của những biển báo an toàn điện.
2. Vì sao không nên sử dụng thiết bị điện trong quá trình sạc pin?
3. Vì sao cần lựa chọn và lắp đặt thiết bị đóng, ngắt điện ở vị trí phù hợp, dễ tiếp cận nhất tại gia đình?
4. Vì sao cần lựa chọn thiết bị điện có chất lượng, có công suất phù hợp với mạng lưới điện?
5. Nêu tầm quan trọng của việc tuân thủ quy tắc an toàn khi sử dụng dòng điện xoay chiều trong cuộc sống.
Lời giải:
1.
- Biển báo an toàn điện là loại biển báo thường được sử dụng ở các cơ sở sản xuất, kinh doanh, công trình,… nhằm mục đích cấm, cảnh báo, chỉ dẫn người lao động để đảm bảo an toàn điện khi thực hiện các hoạt động tại nơi làm việc.
- Biển báo an toàn điện được chia thành 03 (ba) loại: Biển cấm, biển cảnh báo và biển chỉ dẫn.
2. Không nên sử dụng thiết bị điện trong quá trình sạc pin vì những lí do sau đây:
- Giảm tuổi thọ pin: khi vừa dùng vừa sạc khiến pin bị chai, nhanh hỏng, nhanh phải thay pin, có nguy cơ khiến pin bị phồng gây nổ.
- Nguy cơ an toàn: vừa dùng vừa sạc khiến pin nhanh nóng, gây chập điện, cháy nổ, nguy hiểm hơn là bị điện giật.
- Pin sạc sẽ bị chậm hơn.
3. Thiết bị đóng, ngắt điện (cầu dao, cầu chì, aptomat) đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ hệ thống điện và người sử dụng khỏi nguy cơ cháy nổ, chập điện. Do đó, cần lựa chọn và lắp đặt thiết bị đóng, ngắt điện ở vị trí phù hợp:
- Dễ tiếp cận: Vị trí lắp đặt thiết bị đóng, ngắt điện phải dễ dàng tiếp cận để có thể thao tác nhanh chóng khi cần thiết.
- An toàn: Vị trí lắp đặt thiết bị đóng, ngắt điện phải khô ráo, thoáng mát, tránh xa các nguồn nước và nhiệt độ cao.
- Phù hợp với công suất: Lựa chọn thiết bị đóng, ngắt điện có công suất phù hợp với tải trọng của mạch điện.
4. Cần lựa chọn thiết bị điện có chất lượng, có công suất phù hợp với mạng lưới điện để các thiết bị điện hoạt động bình thường, an toàn, không gây ra chập cháy hay hỏng thiết bị làm ảnh hưởng đến sức khoẻ, kinh tế và an toàn cho bản thân, gia đình.
5. Tầm quan trọng của việc tuân thủ quy tắc an toàn khi sử dụng dòng điện xoay chiều trong cuộc sống là:
- Giúp phòng ngừa tai nạn điện
- Giảm nguy cơ bị điện giật
- Đảm bảo hoạt động hiệu quả
- Tiết kiệm điện
- Bảo vệ tính mạng con người và môi trường xung quanh
- Tạo môi trường sống an toàn
- Nâng cao trách nhiệm trong việc sử dụng cũng như tiết kiệm điện.
Em có thể:
• Nêu được ý nghĩa của các thông số ghi trên các thiết bị điện.
• Giải thích được cách tạo ra dòng điện xoay chiều trong nhà máy thuỷ điện.
• Đề xuất được một số biện pháp sử dụng điện an toàn trong gia đình.
Lời giải:
• Ý nghĩa của các thông số ghi trên các thiết bị điện.
- Kí hiệu … A cho biết dòng điện có thể chạy qua thiết bị để thiết bị hoạt động bình thường.
- Kí hiệu … W cho biết công suất định mức của thiết bị.
- Kí hiệu … V cho biết điện áp chạy qua thiết bị để thiết bị hoạt động bình thường.
• Giải thích được cách tạo ra dòng điện xoay chiều trong nhà máy thuỷ điện.
Nhà máy thủy điện được cấu tạo bởi các thành phần sau đây:
1. Đập thủy điện: giúp chứa nước tạo ra một hồ chứa lớn.
2. Ống dẫn nước: Dẫn nguồn nước đến tuabin.
3. Tua bin: Tua bin giúp gắn liền với máy phát điện ở phía trên nhờ một trục. Loại tuabin phổ biến dùng cho nhà máy thủy điện là Turbine Francis, có hình dạng giống như một đĩa lớn với những cánh cong. Mỗi chiếc tuabin có khối lượng lên tới khoảng 172 tấn và quay với tốc độ 90 vòng mỗi phút.
4. Máy phát điện: Là loại máy gồm một loạt các nam châm khổng lồ quay quanh cuộn dây đồng.
5. Máy biến áp đặt bên trong nhà máy điện tạo ra dòng điện xoay chiều AC và chuyển đổi nó thành dòng điện có điện áp cao hơn.
6. Đường dây điện: Đường dây điện gồm ba dây pha của năng lượng điện được sản xuất và một dây trung tính.
7. Cống xả: Giúp đưa nước chảy qua các đường ống và chảy vào hạ lưu sông.
Nguyên lý hoạt động của nhà máy thủy điện:
Quá trình vận hành nhà máy thủy điện gồm có bốn giai đoạn chính:
Giai đoạn 1: Dòng nước với áp lực lớn chảy qua các ống thép lớn được gọi là ống dẫn nước có áp tạo ra các cột nước khổng lồ với áp lực lớn đi vào bên trong nhà máy.
Giai đoạn 2: Nước chảy mạnh làm quay tuabin của máy phát điện, năng lượng cơ học được chuyển hóa thành điện năng.
Giai đoạn 3: Điện tạo ra đi quá máy biến áp để tạo ra dòng điện cao thế.
Giai đoạn 4: Dòng điện cao thế sẽ được kết nối vào mạng lưới phân phối điện và truyền về các thành phố.
• Đề xuất được một số biện pháp sử dụng điện an toàn trong gia đình.
Các biện pháp an toàn khi sử dụng điện cần ghi nhớ
1. Lắp đặt thiết bị đóng cắt điện đúng cách.
2. Lựa chọn thiết bị đóng cắt điện phù hợp.
3. Vị trí lắp đặt cầu dao, cầu chì, công tắc, ổ điện.
4. Giữ khoảng cách an toàn với nguồn điện trong gia đình.
5. Tránh xa nơi điện thế nguy hiểm.
6. Tránh sử dụng thiết bị điện khi đang sạc.