Giáo trình Điện kỹ thuật cơ bản (Nghề: Vận hành nhà máy nhiệt điện - Cao đẳng) - Trường Cao Đẳng Dầu Khí

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:88

Thêm vào BST

Báo xấu

29
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Điện kỹ thuật cơ bản (Nghề: Vận hành nhà máy nhiệt điện - Cao đẳng) được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Điện từ; Mạch điện một chiều; Dòng điện xoay chiều hình sin; Mạch điện 3 pha; Máy điện. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Điện kỹ thuật cơ bản (Nghề: Vận hành nhà máy nhiệt điện - Cao đẳng) - Trường Cao Đẳng Dầu Khí

TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ  GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: ĐIỆN KỸ THUẬT CƠ BẢN NGHỀ: VẬN HÀNH NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định số: 213/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 03 năm 2022 của Trường Cao Đẳng Dầu Khí) Bà Rịa - Vũng Tàu, năm 2022 (Lưu hành nội bộ)
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
LỜI NÓI ĐẦU Đất nước Việt Nam trong công cuộc công nghiệp hóa - hiện đại hóa, nền kinh tế đang trên đà phát triển, việc sử dụng các thiết bị điện, khí cụ điện trong sản xuất công nghiệp đóng vai trò vô cùng quan trọng. Vì vậy, việc tìm hiểu đặc tính, kết cấu, tính toán lựa chọn rất cần thiết cho sinh viên không chỉ học ngành Điện mà cho các ngành khác như Vận hành nhà máy nhiệt điện, Sữa chữa thiết bị chế biến dầu khí, vận hành thiết bị chế biến dầu khí..... Ngoài ra, việc cập nhật thêm các kiến thức về công nghệ mới đang không ngừng cải tiến và nâng cao các thiết bị đện là vô cùng cần thiết. Với một vai trò vô cùng quan trọng như vậy và xuất phát từ yêu cầu, kế hoạch đào tạo, chương trình môn học nghề Điện công nghiệp của Trường Cao đẳng nghề Dầu khí. Chúng tôi đã biên soạn cuốn giáo trình Điện kỹ thuật cơ bản gồm 5 chương với những nội dung cơ bản như sau: Chương 1: Điện từ Chương 2: Mạch điện một chiều Chương 3: Dòng điện xoay chiều hình sin Chương 4: Mạch điện 3 pha Chương 5: Máy điện Giáo trình Điện kỹ thuật cơ bản được biên soạn phục vụ cho công tác giảng dạy của giáo viên và là tại liệu học tập của sinh viên Trường Cao đẳng nghề Dầu khí. Do chuyên môn và thời gian có hạn nên không tránh khởi những thiếu sót, vậy rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của đồng nghiệp và bạn đọc để cuốn sách có chất lượng cao hơn. Bà Rịa – Vũng Tàu, tháng 03 năm 2022 Tham gia biên soạn 1. Chủ biên: Th.S. Nguyễn Thị Lan 2. ThS. Phan Đúng 3. Nguyễn Xuân Thịnh
CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC: ĐIỆN KỸ THUẬT CƠ BẢN 1. Tên môn học: Điện kỹ thuật cơ bản Mã môn học: ELEO53012 2. Thời gian thực hiện môn học: 45 giờ; (Lý thuyết: 42 giờ; Thực hành (bài tập): 0 giờ; Kiểm tra: 3). Số tín chỉ: 3 3. Vị trí, tính chất của môn học: - Vị trí: Môn Điện kỹ thuật cơ bản là môn học được bố trí sau khí học sinh học xong các môn học chung. - Tính chất: Môn Điện kỹ thuật cơ bản là môn học cung cấp những kiến thức và kỹ năng mang tính chất nền tảng và giới thiệu về các thiết bị điện thường gặp trong các nhà máy công nghiệp. 4. Mục tiêu môn học: - Về kiến thức: + Trình bày được các đại lượng điện, tính chất của các phần tử trong mạch điện xoay chiều hình sin, phương pháp giải mạch điện. + Phân biệt được mạng điện một pha, ba pha. + Mô tả được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy biến áp, máy điện một chiều, máy điện xoay chiều - Về kỹ năng: + Giải được một số mạch điện cơ bản + Vẽ được một sơ đồ điện một pha và ba pha cơ bản + Tính được tốc độ quay của động cơ, hệ số công suất của máy. - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Nghiêm túc trong học tập. + Cẩn thận, nghiêm túc trong học tập và trong công việc + Rèn luyện tính kiên nhẫn, chính xác tỉ mỉ trong công việc . 5. Nội dung môn học: 5.1 Chương trình khung: Tí Thời gian đào tạo (giờ) TT Mã MH/MĐ Tên môn học, mô đun n Tổng Lý Thực hành, chỉ Kiểm tra số thuyết thí nghiệm,
thảo luận, bài tập LT TH Các môn học chung/ đại I 23 465 180 260 16 9 cương 1 COMP64002 Giáo dục chính trị 4 75 41 29 4 1 2 COMP62004 Pháp luật 2 30 18 10 2 0 3 COMP62008 Giáo dục thể chất 2 60 5 51 0 4 Giáo dục quốc phòng và 4 COMP64010 4 75 36 35 2 2 An ninh 5 COMP63006 Tin học 3 75 15 58 0 2 6 FORL66001 Tiếng Anh 6 120 42 72 6 0 7 SAEN52001 An toàn vệ sinh lao động 2 30 23 5 2 0 Các môn học, mô đun II chuyên môn ngành, 61 1545 379 1096 26 44 nghề II.1 Môn học, mô đun cơ sở 12 240 112 116 8 4 8 ELET5201 An toàn điện 2 30 28 0 2 0 9 ELEO53012 Điện kỹ thuật cơ bản 3 45 42 0 3 0 10 PETR612002 Nhiệt kỹ thuật 2 45 14 29 1 1 11 ELEI53115 Đo lường điện 3 75 14 58 1 2 12 ELET52116 Khí cụ điện 2 45 14 29 1 1 Môn học, mô đun II.2 chuyên môn ngành, 49 1305 267 980 18 40 nghề Tổng quan về nhà máy 13 ELEO52056 2 30 28 0 2 0 nhiệt điện Phần điện nhà máy điện 14 ELET52137 2 45 14 29 1 1 và trạm biến áp Lò hơi và hệ thống thiết 15 ELEO54031 4 75 42 29 3 1 bị phụ Tua-bin hơi và hệ thống 16 ELEO54059 4 75 42 29 3 1 thiết bị phụ 17 ELET5316 Bảo vệ rơ le 3 75 14 58 1 2 18 ELEO53140 Thí nghiệm điện cơ bản 3 75 14 58 1 2 19 AUTM64116 PLC 3 75 14 58 1 2 Vận hành lò hơi và hệ 20 ELEO55160 5 135 14 116 1 4 thống thiết bị phụ 1 Vận hành lò hơi và hệ 21 ELEO63161 3 75 14 58 1 2 thống thiết bị phụ 2
Vận hành Tua-bin hơi và 22 ELEO55162 5 135 14 116 1 4 hệ thống thiết bị phụ 1 Vận hành Tua-bin hơi và 23 ELEO63163 3 75 14 58 1 2 hệ thống thiết bị phụ 2 24 ELET55157 Trang bị điện 1 5 120 28 87 2 3 25 ELET54153 Thực tập sản xuất 4 180 15 155 0 10 25 ELET63120 Khóa luận tốt nghiệp 3 135 0 129 0 6 Tổng cộng 84 2010 559 1356 42 53 5.2 Chương trình chi tiết môn học: Thời gian (giờ) Số Thực hành, Nội dung tổng quát Tổng Lý thí nghiệm, Kiểm tra TT số thuyết thảo luận, bài tập LT TH 1 Chương 1: Điện từ 5 4 1 0 0 Chương 2: Mạch điện một 2 8 7 0 1 0 chiều Chương 3: Dòng điện xoay 3 10 10 0 0 0 chiều hình sin 4 Chương 4: Mạch điện 3 pha 12 11 0 1 0 5 Chương 5: Máy điện 10 9 0 1 0 Cộng 45 42 0 3 0 6. Điều kiện thực hiện môn học: 6.1 Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng học lý thuyết 6.2 Trang thiết bị máy móc: - Máy tính, máy chiếu, bảng, phấn, bút viết bảng/phấn trắng và màu, giẻ lau. 6.3 Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: - Giáo trình, giáo án - Phiếu học tập 6.4 Các điều kiện khác: 7. Nội dung và phương pháp đánh giá 7.1 Nội dung: - Về kiến thức: Chương 1,2,3,4,5. - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Nghiêm túc trong học tập. + Cẩn thận, nghiêm túc trong học tập và trong công việc + Rèn luyện tính kiên nhẫn, chính xác tỉ mỉ trong công việc. 7.2 Phương pháp đánh giá kết thúc môn học theo một trong các hình thức sau: Kiểm tra thưởng xuyên: - Số lượng bài: 01. - Cách thức thực hiện: Do giáo viên giảng dạy môn học/mô đun thực hiện tại thời điểm bất kỳ trong quá trình học thông qua việc kiểm tra vấn đáp trong giờ học, kiểm tra viết với thời gian làm bài bằng hoặc dưới 30 phút, kiểm tra một số nội dung thực hành, thực tập, chấm điểm bài tập. Kiểm tra định kỳ: - Số lượng bài: 03 bài lý thuyết - Cách thức thực hiện: Do giáo viên giảng dạy môn học/mô đun thực hiện theo theo số giờ kiểm tra được quy định trong chương trình môn học ở mục III có thể bằng hình thức kiểm tra viết từ 45 đến 60 phút, chấm điểm bài tập lớn, tiểu luận, làm bài thực hành, thực tập. Giáo viên biên soạn đề kiểm tra lý thuyết kèm đáp án và đề kiểm tra thực hành kèm biểu mẫu đánh giá thực hành theo đúng biểu mẫu qui định, trong đó: Hình thức kiểm Stt Bài kiểm tra Nội dung Thời gian tra 1. Bài kiểm tra số 1 Lý thuyết Chương 1, Chương 2 45÷60 phút 2. Bài kiểm tra số 2 Lý thuyết Chương 3, Chương 4 45÷60 phút 3. Bài kiểm tra số 3 Lý thuyết Chương 5 45÷60 phút Thi kết thúc môn học: - Trắc nghiệm trên máy tính - Thời gian: 45÷60 phút 8. Hướng dẫn thực hiện môn học: 8.1 Phạm vi áp dụng môn học: - Chương trình môn học này được áp dụng cho nghề Vận hành nhà máy nhiệt điện, vận hành thiết bị chế biến Dầu khí, Sửa chữa thiết bị chế biến Dầu khí, Cắt gọt kim loại. trình độ Cao đẳng, Trung cấp 8.2 Hướng dẫn về phương pháp giảng dạy, học tập môn học: - Đối với giáo viên, giảng viên: + Thiết kế giáo án theo thể loại lý thuyết với bài học. Giáo án được soạn theo bài hoặc buổi dạy. + Tổ chức giảng dạy: theo lớp.
+ Thiết kế các phiếu học tập - Đối với người học: + Tài liệu, dụng cụ học tập, vở ghi đầy đủ + Hoàn thành các bài tập + Tổ chức làm việc nhóm, làm việc độc lập. + Tuân thủ qui định giờ giấc. 8.3 Những trọng tâm cần chú ý: 9. Tài liệu tham khảo: [1]. Đặng Văn Đào, Lê Văn Doanh, Kỹ thuật điện, Nhà xuất bản giáo dục, 1999. [2]. ThS. Võ Châu Tuấn, Mạch điện, Trường Cao Đẳng Dầu Khí, 2019.
MỤC LỤC CHƯƠNG 1: ĐIỆN TỪ ............................................................................................... 1 1.1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ TỪ TRƯỜNG ................................................................................ 2 1.2. CƯỜNG ĐỘ TỪ CẢM, CƯỜNG ĐỘ TỪ TRƯỜNG, TỪ THÔNG ........................................ 3 1.3. ĐỊNH LUẬT CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ......................................................................................... 6 1.4. LỰC TỪ..................................................................................................................................... 8 1.5. MẠCH TỪ ............................................................................................................................... 10 CHƯƠNG 2: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU .............................................................. 10 2.1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU ........................................................ 11 2.2. CẤU TRÚC HÌNH HỌC CỦA MẠCH ĐIỆN ........................................................................ 11 2.3. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG QUÁ TRÌNH NĂNG LƯỢNG TRONG MẠCH ĐIỆN . 12 2.4. CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN CỦA MẠCH ĐIỆN ...................................................................... 13 2.5. MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT VÀ ĐỊNH LÝ TRONG MẠCH ĐIỆN ............................................. 16 CHƯƠNG 3: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN ......................................... 24 3.1. NGUYÊN LÝ TẠO RA DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN ....................................... 25 3.2. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CHO DÒNG ĐIỆN HÌNH SIN ....................................... 25 3.3. TRỊ SỐ HIỆU DỤNG CỦA DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN ................................. 27 3.4. BIỂU DIỄN DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN BẰNG VECTOR ............................. 28 3.5. KHẢO SÁT MẠCH ĐIỆN CƠ BẢN ...................................................................................... 29 3.6. CÔNG SUẤT CỦA DÒNG ĐIỆN HÌNH SIN ........................................................................ 33 3.7. HỆ SỐ CÔNG SUẤT .............................................................................................................. 35 CHƯƠNG 4: MẠCH ĐIỆN 3 PHA .......................................................................... 39 4.1. NGUYÊN LÝ TẠO RA NGUỒN ĐIỆN XOAY CHIỀU 3 PHA ........................................... 40 4.2. NGUỒN ĐIỆN 3 PHA ĐỐI XỨNG ........................................................................................ 41 4.3. CÁCH NỐI HÌNH TAM GIÁC () - CÁCH NỐI HÌNH SAO (Υ) CỦA MẠCH ĐIỆN 3 PHA 42 4.4. CÔNG SUẤT MẠCH ĐIỆN 3 PHA ....................................................................................... 43 4.5. CÁCH NỐI NGUỒN VÀ TẢI TRONG MẠCH BA PHA ................................................... 45 4.6. CÁCH GIẢI MẠCH ĐIỆN 3 PHA ĐỐI XỨNG ................................................................... 48 CHƯƠNG 5: MÁY ĐIỆN.......................................................................................... 52 5.1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN ................................................................................. 53 5.2. MÁY BIẾN ÁP ....................................................................................................................... 55 5.3. MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ .......................................................................................... 63 5.4. MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ .......................................................................................... 68 5.5. MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU ...................................................................................................... 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 75
CHƯƠNG 1: ĐIỆN TỪ ❖ GIỚI THIỆU CHƯƠNG 1: Chương 1 là bài giới thiệu nội dung về khái nệm: từ trường, cường độ từ cảm, cường độ từ trường, từ thông, định luật cảm ứng điện từ để người học có được kiến thức nền tảng và dễ dàng tiếp cận nội dung ở những chương tiếp theo. ❖ MỤC TIÊU CHƯƠNG 1: Sau khi học xong chương 1, người học có khả năng: - Trình bày được các khái niệm cơ bản về từ trường, cường độ từ cảm, cường độ từ trường, từ thông - Trình bày được hiện tượng cảm ứng điện từ. - Trình bày được cách xác định chiều dòng điện cảm ứng trong vòng dây hoặc trong thanh dẫn chuyển động trong từ trường. - Tính được lực điện từ - Rèn luyện được đức tính cẩn thận, tỷ mỉ, chính xác ❖ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP CHƯƠNG 1: - Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học thực hiện câu hỏi thảo luận và bài tập chương 1 (cá nhân hoặc nhóm). - Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình (chương 1) trước buổi học; hoàn thành đầy đủ câu hỏi thảo luận và bài tập tình huống bài mở đầu theo cá nhân hoặc nhóm và nộp lại cho người dạy đúng thời gian quy định. ❖ ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN CHƯƠNG 1: - Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng học lý thuyết - Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác - Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan. - Các điều kiện khác: Không có ❖ KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHƯƠNG 1: - Nội dung: ✓ Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức ✓ Kỹ năng: không có ✓ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp Chương 1: Từ trường – Cảm ứng điện từ Trang 1
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. - Phương pháp: ✓ Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng) ✓ Kiểm tra định kỳ lý thuyết: 1 điểm kiểm tra (hình thức: kiểm tra trắc nghiệm) ❖ NỘI DUNG CHƯƠNG 1: 1.1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ TỪ TRƯỜNG Trong thực tế, nam châm vĩnh cửu, nam châm điện, dây dẫn mang dòng điện tạo ra xung quanh chúng một môi trường tương tác, chúng ta gọi đó là từ trường. Từ trường là một dạng của vật chất tồn tại xung quanh dòng điện hay các hạt mang điện chuyển động và tác dụng lực từ lên dòng điện hay hạt mang điện chuyển động khác trong đó. Từ trường được biểu diễn bởi các đường sức từ trường (đường cảm ứng từ), đi từ cực bắc (N) tới cực nam (S) và trở về cực bắc. Các phương pháp xác định chiều của đường sức từ trường: a. Nam châm vĩnh cửu: Quy tắc “Ra Bắc vào Nam” Hình 1.1. Nam châm vĩnh cửu b. Quy tắc “ Vặn đinh ốc” Chương 1: Từ trường – Cảm ứng điện từ Trang 2
✓ Đường sức từ trường của dòng điện trong dây dẫn thẳng: Quy tắc “Vặn đinh ốc 1: Chiều của dòng điện là chiều tiến của đinh ốc, chiều của quay của đinh ốc là chiều của từ trường” (hình 1.2) Hình 1.2. Quy tắc vặn đinh ốc 1 ✓ Đường sức từ trường của cuộn dây có dòng điện: Quy tắc “Vặn đinh ốc 2: Chiều quay của đinh ốc là chiều của dòng điện trong cuộn dây, chiều tịnh tiến của đinh ốc là chiều của từ trường”. Hình 1.3. Quy tắc vặn đinh ốc 2 1.2. CƯỜNG ĐỘ TỪ CẢM, CƯỜNG ĐỘ TỪ TRƯỜNG, TỪ THÔNG a. Khái niệm cảm ứng từ Từ trường trong không gian biểu diễn bằng các đường sức từ trường, nó là các đường cong khép kín, tiếp tuyến tại mỗi điểm trùng với phương từ trường tại điểm ấy. Mật độ đường sức lớn hay nhỏ cho biết từ trường mạnh hay yếu. Để đặc trưng cho từ trường người ta dùng khái niệm vector cường độ từ cảm⃗⃗⃗𝐵 . ✓ Trị số của ⃗⃗⃗𝐵: cho biết từ trường mạnh hay yếu, đơn vị là Tesla (T) ✓ Chiều của ⃗⃗⃗𝐵 : là chiều của từ trường (chiều của các đường sức từ trường). - Để xét đến ảnh hưởng của môi trường vật chất, người ta dung vector cường độ từ trường ⃗⃗⃗𝐻 (đơn vị là Ampe trên mét, A/m), để đặc trưng cho từ trường trong môi trường vật chất ⃗⃗⃗𝐵 = 𝜇0 (1 + 𝑥𝑚 )𝐻 ⃗ = 𝜇𝐻 ⃗ Chương 1: Từ trường – Cảm ứng điện từ Trang 3
Trong đó: 𝑥𝑚 : độ từ thẩm của môi trường vật chất đặc trưng ảnh hưởng của môi trường 𝜇0 = 4𝜋. 10−7 : hệ số (độ) từ thẩm của chân không (Henry/mét = H/m) : hệ số (độ) từ thẩm của môi trường vật chất. Do hệ số từ thẩm của vật liệu dẫn từ lớn gấp hàng nghìn lần của chân hông nên người ta đưa ra khái niệm hệ số từ thẩm tương đối: 𝜇 𝜇𝑟 = 𝜇0 Trong kỹ thuật điện, các vật liệu sắt từ có r rất lớn (từ vài trăm cho đến vài vạn) vì vậy sắt từ thường được sử dụng để chế tạo các mạch từ cho các thiết bị điện. Trong khe hở không khí hoặc trong bộ phận không sắt từ: B=𝜇0 . 𝐻 Trong phần thép: B = H = 𝜇0 𝜇𝑟 . 𝐻 b. Độ lớn cảm ứng từ • Dây dẫn thẳng dài (hình 1.4): 𝜇𝑜 𝐼 • 𝐵= (𝑠𝑖𝑛𝛼1 + 𝑠𝑖𝑛𝛼2 ) 4𝜋𝑟 Trong trường hợp dây dẫn dài vô hạn 𝜋 𝛼1 = 𝛼2 = 2 Khi đó: Hình 1. 4 𝜇𝑜 𝐼 𝐼 • 𝐵= = 2. 10−7 2𝜋𝑟 𝑟 r: khoảng cách từ điểm P đến dây dẫn (m) • Vòng dây dẫn hình tròn Chương 1: Từ trường – Cảm ứng điện từ Trang 4
(hình 1.5): Ta tính được cảm ứng từ tại tâm của vòng dây: 𝜇𝑜 𝐼 𝐵= 2𝑅 Nếu khung dây tròn được tạo bởi N vòng dây thì cảm ứng từ ở tâm của khung dây có độ lớn: Hình 1. 5 𝜇𝑜 𝐼𝑁 𝐵= 2𝑅 Chương 1: Từ trường – Cảm ứng điện từ Trang 5
• Ống dây hình trụ (xôlênôit) Từ trường bên trong ống là từ trường đều, các đường sức từ là các đường song song với nhau. B ên ngoài ống và gần đầu ống là các đường sức từ có dạng là những đường cong. Từ trường đều trong ống xôlênôit tính được: 𝜇𝑜 𝐼𝑁 𝐵= 𝑙 l: chiều dài ống dây (m) 1.2.2. Từ thông – Khái niệm về từ thông a. Định nghĩa Xét một vòng dây dẫn kín (C), giới hạn một diện tích phẳng S, đặt trong ⃗ . Gọi 𝑛⃗ là vector pháp tuyến vuông góc với một từ trường đều có cảm ứng từ 𝐵 ⃗ . Khi đó đại lượng: S. Gọi α là góc hợp bởi 𝑛⃗ và 𝐵  = BScosα được gọi là từ thông qua diện tích S. Đơn vị của từ thông là Wb (Vêbe) Hình 1.7. Từ thông qua diện tích S b. Tính chất - Từ thông là một đại lượng vô hướng. - Khi α = 900 thì từ thông  = 0 - Khi α = 00, vector cảm ứng từ 𝐵 ⃗ vuông góc với mặt phẳng S thì từ thông đạt giá trị cực đại  = BS. - Từ thông còn có ý nghĩa là thông lượng của vector cảm ứng từ 𝐵 ⃗ xuyên qua một bề mặt S, tức là số đường cảm ứng từ đi qua diện tích S. - Nếu cuộn dây có N vòng dây, khi đó từ thông móc vòng của cuộn dây được định nghĩa:  = N. 1.3. ĐỊNH LUẬT CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ 1.3.1. Hiện tượng cảm ứng điện từ Chương 1: Điện từ Trang 6
Nhà bác học người Anh, Faraday, là người đầu tiên phát hiện ra hiện tượng cảm ứng điện từ. Ông đã tìm ra được mối liên hệ giữa điện trường và từ trường. Với các thí nghiệm, đưa nam châm vĩnh cửu lại gần một dây dẫn điện thì làm dòng điện biến đổi, thay đổi dòng điện trong ống dây thì sẽ tạo ra dòng điện trong vòng dây dẫn kín đặt trong từ trường, đó chính là biểu hiện của hiện tượng cảm ứng điện từ. Như vậy, trong mạch kín sẽ xuất hiện dòng điện cảm ứng, khi từ thông (hay số đường cảm ứng từ) qua diện tích giới hạn bởi mạch kín biến thiên theo thời gian. 1.3.2. Chiều dòng điện cảm ứng – Định luậ Lenz – Sức điện động cảm ứng a. Chiều của dòng điện cảm ứng – Định luật Lentz Qua phân tích các thí nghiệm về hiện tượng cảm ứng điện từ, nhà bác học Lentz, người Nga, đã tìm ra được quy tắc xác định chiều của dòng điện cảm ứng: Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch kín có chiều sao cho từ trường do dòng điện ấy sinh ra có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông đã sinh ra nó (từ thông ban đầu qua mạch). b. Sức điện động cảm ứng Sự xuất hiện dòng điện cảm ứng trong mạch kín chứng tỏ trong mạch đã xuất hiện sức điện động cảm ứng. Sức điện động cảm ứng chỉ phụ thuộc vào sự biến thiên của từ thông gửi qua mạch. Nếu mạch không kín thì nếu từ thông biến thiên vẫn làm xuất hiện sức điện động cảm ứng nhưng không có dòng điện trong mạch. c. Định luật cảm ứng điện từ - Mỗi khi từ thông qua diện tích giới hạn bởi một mạch nào đó biến thiên thì làm xuất hiện trong mạch một sức điện động cảm ứng. Nếu mạch khép kín sẽ có dòng điện trong mạch. - Chiều của dòng điện trong mạch sẽ tuân theo định luật Lentz. - Faraday đã tìm ra Định luật cảm ứng điện từ: ∆ 𝐸𝑐 = − (công thức maxwell) ∆𝑡 Chương 1: Điện từ Trang 7
Sức điện động cảm ứng xuất hiện trong mạch bằng về trị số nhưng trái dấu với tốc độ biến thiên từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch. - Từ công thức trên ta thấy: 1V = - 1Wb/1s - Từ trường biến thiên sinh ra điện trường xoáy (điện trường này tác dụng lên các điện tích, làm các điện tích di chuyển tạo nên dòng điện trong mạch kín). 1.3.3. Hiện tượng tự cảm a. Hiện tượng tự cảm Nếu trong một cuộn dây, dòng điện biến thiên, thì từ trường do dòng điện sinh ra cũng biến thiên, do đó từ thông gửi qua cuộn dây cũng biến thiên và trong cuộn dây cũng xuất hiện sức điện động cảm ứng. Sức điện động cảm ứng xuất hiện trong một mạch do biến thiên từ thông của chính mạch đó gây ra gọi là sức điện động tự cảm (kí hiệu là Etc). Sức điện động tự cảm chỉ tồn tại khi từ thông của mạch biến thiên. Theo quy tắc Lentz, khi dòng điện trong mạch tăng, điện trường xoáy có chiều ngược với dòng điện nhằm ngăn cản sự tăng của dòng điện. Ngược lại, khi dòng điện giảm, hiện tượng tự cảm có tác dụng duy trì dòng điện. b. Độ tự cảm - Cảm ứng từ B tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện I, từ thông  tỉ lệ thuận với cảm ứng từ B, vì vậy  tỉ lệ thuận với I. Nên ta có công thức:  = LI với L là hệ số tỉ lệ đặc trưng cho mạch (về hiện tượng tự cảm) và gọi là độ tự cảm hay hệ số tự cảm của mạch. - Đơn vị của hệ số tự cảm là H (Henry), 1H = 1Wb/1A - Độ tự cảm chính là số đo mức quán tính của dòng điện trong mạch. 1.4. LỰC TỪ a. Lực tác dụng của từ trường lên dây dẫn mang dòng điện: Giả sử một dây dẫn có hình dạng bất kỳ, có độ dài ∆l đặt trong một từ ⃗ . Giả sử chia dây dẫn thành những đoạn nhỏ ∆l, trường có vector cảm ứng từ 𝐵 Chương 1: Điện từ Trang 8
sao cho có thể coi nó như một đoạn dây thẳng và vector cảm ứng từ tác động lên mọi điểm trên đó là như nhau. Khi đó lực tác dụng 𝐹 của từ trường lên phần tử ∆l được xác định bằng định luật Ampere. 𝐹 có tính chất như sau: - Có điểm đặt ở giữa phần tử ∆l - Có phương vuông góc với mặt phẳng chứa phần tử ∆l và vector cảm ứng từ ⃗𝐵 - Có chiều xác định theo quy tắc “bàn tay trái”: “Đặt bàn tay trái sao cho long bàn tay hứng các đường cảm ứng từ, chiều từ cổ tay đến các ngón tay là chiều của dòng điện, chiều ngón tay cái choãi ra 9 độ là chiều của lực từ tác dụng lên dây dẫn” - Độ lớn: F = BIl.sinα  Lực tác dụng lên dây dẫn: F=BIlsinα Với α là góc giữa 2 ⃗ và 𝐼 vector 𝐵 ⃗ song song 𝐼 : α = 0,F = 0 Khi 𝐵 Khi 𝐵⃗ vuông góc 𝐼: α = 900, sinα = 1, F = BIl = cực đại b. Lực tác dụng lên hai dây dẫn đặt song song * Hai dây dẫn có cùng chiều dòng điện Hình 1.6. Lực tác dụng giữa hai dây dẫn mang dòng điện đặt song Xét đoạn CD = l trên dây dẫn thứ 2 (d2), cảm ứng từ 1 do dây thứ nhất Chương 1: Điện từ Trang 9
(d1) gây ra trên l là: 𝜇𝑜 𝐼1 𝐵1 = 2𝜋𝑑 Chiều của B1 được xác định theo quy tắc vặn đinh ốc 1 Lực từ F12 tác dụng lên dây đoạn CD (d2): 𝜇𝑜 𝐼1 𝐼2 𝐹12 = 𝐵1 𝐼2 𝑙 = 𝑙 2𝜋𝑑 Chiều 𝐹12 xác định theo quy tắc bàn tay trái. Tương tự cho dây dẫn thứ nhất đoạn AB. Như vậy nếu dòng điện trong 2 dây dẫn cùng chiều thì chúng hút nhau. * Hai dây dẫn có ngược chiều dòng điện (tương tự) dòng điện trong 2 dây dẫn ngược chiều thì chúng đẩy nhau. 1.5. MẠCH TỪ Các thiết bị điện như rơle, công tắc tơ, khởi động từ, áp tô mát,...đều có bộ phận làm nhiệm vụ biến đổi từ điện năng ra cơ năng. Bộ phận này gồm có cuộn dây và mạch từ gọi chung là cơ cấu điện từ, chia làm hai loại xoay chiều và một chiều. Để nắm được những quy luật điện từ ta xét mạch từ và phương pháp tính toán mạch từ. Mạch từ được chia làm các phần: - Thân mạch từ. Chương 1: Điện từ Trang 10
- Nắp mạch từ. - Khe hở không khí chính và khe hở phụ. - Khi cho dòng điện chạy vào cuộn dây thì trong cuộn dây có từ thông  đi qua, từ thông này cũng chia làm ba phần : a) Từ thông chính δ là thành phần qua khe hở không khí gọi là từ thông làm việc lv. b) Từ thông tả̉̉̉n t là thành phần đi ra ngoài khe hở không khí xung quanh c) Từ thông rò r là thành phần không đi qua khe hở không khí chính mà khép kín trong không gian giữa lõi và thân mạch từ. ❖ TÓM TẮT NỘI DUNG CHƯƠNG 1 : 1.1 Khái niệm cơ bản về từ trường 1.2 Cường độ từ cảm, cường độ từ trường, Từ thông 1.3 Định luật cảm ứng điện từ 1.4 Lực từ 1.5 Mạch từ ❖ CÂU HỎI CỦNG CỐ CHƯƠNG 1 : 1. Trình bày khái niệm từ trường. 2. Nêu các cách tạo ra từ trường. 3. Hãy viết biểu thức quan hệ giũa cường độ từ cảm B và từ thông và đơn vị của chúng. 4. Nêu định nghĩa từ thông. 5. Trình bày thí nghiệm về hiện tượng cảm ứng điện từ. 6. Phát biểu chiều của dòng điện cảm ứng. 7. Trình bày thí nghiệm về hiện tượng tự cảm. 8. Từ thông xuyên qua một tiết diện S =50cm2 bằng = 6.10-3Wb. Cho biết từ trường phân bố đều trên diện tích S. Tính cường độ từ cảm B. Đáp số: = 1,2 T 9. Một cuộn dây 5 vòng. Người ta đưa một nam châm tiến gần đến cuộn dây. Biết rằng tốc độ biến thiên từ thông qua cuộn dây là 0,6Wb/s. Tính sức điện động cảm ứng trong cuộn dây. Đáp số: e = 300V Chương 1: Điện từ Trang 11