Giáo án môn Vật lý Lớp 12 - Bài 44: Chỉnh lưu dòng điện xoay chiều máy biến thế truyền tải điện

CHỈNH LƯU DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU MÁY BIẾN THẾ TRUYỀN TẢI ĐIỆN I / MỤC TIÊU : Nắm được nguyên tắc chỉnh lưu và vẽ được mạch chính lưu dùng điôt bán dẫn. Nắm được nguyên tắc hoạt động, cấu tạo và các đặc điểm của máy biến thế. Hiểu nguyên tắc chung của sự truyền tải điện đi xa. Giải được các bài tập đơn giản về biến thế và truyền tải điện. II / CHUẨN BỊ : 1 / Giáo viên : Điôt, mô hình máy biến thế, sơ đồ vẽ trước các mạch chỉnh lưu và dòng điện sau chỉnh lưu. 2 / Học sinh : Xem lại kiến thức về điôt, lõi sắt trong các máy phát điện, truyền tải điện năng trong đời sống hằng ngày. III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Hoạt động 1 : HS : Nêu định nghĩa trong sách giáo khoa HS : Dụng cụ cho dòng điện qua chỉ có một chiều, vẽ ký hiệu, chỉ chiều của dòng điện. HS : Mắc sơ đồ mạch điện 44.1 HS : uAB > 0 HS : Dòng một chiều nhấp nhô. Hoạt động 2 : HS : Mắc sơ đồ mạch điện 44.3 HS : Học sinh nhìn hình mô tả HS : Học sinh nhìn hình mô tả HS : Cùng chiều. GV : Phương pháp chỉnh lưu dòng điện xoay chiều là gì ? GV : Hãy cho biết tính chất, ký hiệu của điốt ? đỉnh của tam giác chỉ cái gì ? GV : Hướng dẫn học sinh mắc sơ đồ mạch điện ? GV : Khi nào điốt mới cho dòng điện đi qua ? GV : Quan sát và nêu nhận xét đường biểu diễn cường độ dòng điện sau khi chỉnh lưu một nữa chu kỳ ? GV : Hướng dẫn HS mắc sơ đồ mạch điện GV : Khi uAB > 0 dòng điện chạy theo chiều nào ? GV : Khi uAB > 0 dòng điện chạy theo chiều nào ? GV : Em có nhận xét gì về chiều dòng điện đi qua R trong hai trường hợp trên Hoạt động 3 : HS : Học sinh nêu định nghĩa ? HS : Quan sát hiện vật, mô hình hoặc bằng tranh ảnh. HS : Hai vòng dây HS : Số vòng khác nhau, quấn trên lõi sắt, lõi sắt gồm các lá thép mỏng ghép cách điện với nhau, làm bằng đồng có điện trở nhỏ và cách điện với lõi. HS : Nối với nguồn điện. HS : Nối với tải tiêu thụ. Hoạt động 4 : HS : Khi bỏ qua sự mất mát từ thông. HS : Khi bỏ qua điện trở của các cuộn dây. HS : Khi hao phí năng lượng trong biến ? GV : Máy biến thế là gì ? GV : GV cho học sinh quan sát các loại máy biến thế thường dùng trong đời sống hoặc trong kĩ thuật bằng hiện vật, mô hình hoặc bằng tranh ảnh. GV : Máy biến thế có mấy vòng dây ? GV : Hai cuộn dây có đặc điểm gì ? GV : Các vòng dây được quấn ở đâu ? GV : Lõi sắt này được cấu tạo như nào ? GV : Các cuộn dây được cấu tạo như thế nào ? GV : Thế nào là cuộn sơ cấp ? GV : Thế nào là cuộn thứ cấp ? GV : Khi nào viết được công thức 1 1 2 2 E n E n = GV :Khi nào viết được công thức 1 1 2 2 U n U n = thế có thể bỏ qua. Hoạt động 5 : HS : Tìm hiểu ý nghĩa vật lý của các đại lượng R, P, U, cos  , P HS : Giảm R của đường dây, thay đổi U GV :Khi nào viết được công thức 1 2 2 1 U I U I = đúng GV : Hướng dẫn học sinh thành lập biểu thức : P = R 2 2( cos ) P U  GV : Có mấy cách giảm P ? IV / NỘI DUNG : 1. Chỉnh lưu dòng điện xoay chiều Phương pháp chỉnh lưu dòng điện xoay chiều là phương pháp biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. a) Chỉnh lưu một nửa chu kì. Chỉ ở những nửa chu kì có uAB > 0 thì điôt mới cho dòng đi qua. Hình 44.2 Đường biểu diễn cường độ dòng điện sau khi chỉnh lưu một nửa chu kì b) Chỉnh lưu hai nửa chu kì Trong một nửa chu kì uAB > 0, các điốt D2 và D4 không cho dòng đi qua. Dòng điện chạy theo đường AMNRQPB. Trong nửa chu kì tiếp theo, uAB < 0, các điôt D1 và D3 không cho dòng đi qua. Dòng điện chạy theo đường BPNRQMA. Hình 44.4 Đường biểu diễn cường độ dòng điện sau khi chỉnh lưu hai nửa chu kì 2. Máy biến thế Máy biến thế là thiết bị làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, dùng để tăng hoặc giảm hiệu điện thế xoay chiều mà không làm thay đổi tần số của nó. a) Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động Máy biến thế gồm hai cuộn dây có số vòng khác nhau quấn trên một lõi sắt kín. Lõi thường làm bằng các lá sắt hoặc thép pha silic, ghép cách điện với nhau để giảm hao phí điện năng do dòng Phu-cô. Các cuộn dây thường làm bằng đồng để có điện trở nhỏ và được cách điện với lõi. Một trong hai cuộn của máy biến thế được nối với nguồn điện xoay chiều, được gọi là cuộn sơ cấp. Cuộn thứ hai được nối với tải tiêu thụ, được gọi là cuộn thứ cấp. Dòng điện xoay chiều chạy trong cuộn sơ cấp gây ra từ thông biến thiên qua cuộn thứ cấp, làm xuất hiện trong cuộn thứ cấp một suất điện động xoay chiều. Nếu mạch thứ cấp kín thì có dòng điện chạy trong cuộn thứ cấp. b) Sự biến đổi hiệu điện thế và cường độ dòng điện qua máy biến thế. Suất điện động cảm ứng trong mỗi cuộn dây tỉ lệ với số vòng dây của nó : 1 1 2 2 e n e n  (44.1) 1 1 2 2 n n  E E (44.2) U1 = E1, U2 = E2 1 1 2 2 U n k U n   (44.3) Nếu k 1 ta gọi máy biến thế là máy hạ thế. Nếu các hao phí điện năng trong biến thế không đáng kể thì công suất của dòng điện trong mạch sơ cấp và trong mạch thứ cấp có thể coi bằng nhau. U1I1 = U2I2 (44.4) Hay 2 1 1 2 I U I U  3. Truyền tải điện Gọi R là điện trở đường dây, P là công suất truyền đi, U là hiệu điện thế ở nơi phát, cos là hệ số công suất của mạch điện thì công suất hao phí trên dây là : P = RI2 P = R 2 2( cos ) P U  (44.6) Đối với một hệ thống truyền tải điện với cos và P xác định, có hai cách giảm P. Cách thứ nhất : giảm điện trở R của đường dây. Đây là cách tốn kém vì phải tăng tiết diện của dây, do đó tốn nhiều kim loại làm dây và phải tăng sức chịu đựng của các cột điện. Cách thứ hai : tăng hiệu điện thế U ở nơi phát điện và giảm hiệu điện thế ở nơi tiêu thụ điện tới giá trị cần thiết. Cách này có thể thực hiện đơn giản bằng máy biến thế, do đó được áp dụng rộng rãi. V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Trả lời câu hỏi 1, 2, 3 và làm bài tập 1, 2 Xem bài 45