Vật lý 9: Lý thuyết, bài tập về động cơ điện một chiều

Động cơ điện một chiều được ứng dụng rất nhiều trong đời sống, là động cơ của nhiều máy móc thiết bị như xe đạp điện, máy điện. đồ gia dụng,… Đây cũng sẽ là phần kiến thức mà các em cần lưu ý trong chương trình vật lý lớp 9 và kỳ thi vào lớp 10 THPT. Nhằm mục đích giúp các em nắm bắt được bài học quan trọng, bài viết này của đội ngũ THPT Lê Hồng Phong bao gồm chi tiết về lý thuyết và bài tập của động cơ điện một chiều.

I. Lý thuyết về động cơ điện một chiều

1. Lực điện từ tác đụng lên khung dây dẫn có dòng điện

Khung dây dẫn có dòng điện đặt trong từ trường thì có lực điện từ tác dụng lên nó, lực điện từ làm cho khung quay quanh trục của nó, trừ một vị trí duy nhất đó là khi mặt phẳng khung vuông góc với đường sức từ (tức là mặt phẳng khung nằm trong mặt phẳng trung hòa).

2. Động cơ điện một chiều

a) Nguyên tắc cấu tạo của động cơ điện một chiều có bộ góp

– Động cơ điện một chiều gồm hai bộ phận chính là nam châm và khung dây dẫn.

+ Nam châm tạo ra từ trường là bộ phận đứng yên, được gọi là stato.

+ Khung dây dẫn (ABCD) có dòng điện chạy qua là bộ phận quay, được gọi là rôto.

– Để lực điện từ luôn có tác dụng làm khung dây quay theo một chiều, dòng điện thường được đưa vào khung dây bằng một bộ góp. Bộ góp gồm:

+ Một cổ góp thường làm bằng đồng và có hình trụ, được chia thành 2 phiến góp và nối với hai đầu khung dây.

+ Hai thanh quét (C1 và C2), thường làm bằng than và có hình hộp chữ nhật, nằm tiếp xúc với các phiến góp và nối với nguồn điện để đưa dòng điện vào khung dây.

b) Nguyên tắc hoạt động của động cơ điện một chiều

– Động cơ điện một chiều hoạt động dựa trên tác dụng của từ trường lên khung dây dẫn có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường. Khi đặt khung dây dẫn trong từ trường và cho dòng điện chạy qua khung dây, do tác dụng của lực điện từ nên khung dây sẽ quay.

3. Động cơ điện một chiều trong kĩ thuật

Cấu tạo gồm hai bộ phận chính: Nam châm điện (stato) và cuộn dây (rôto).

– Trong động cơ điện kĩ thuật, bộ phận tạo ra từ trường là nam châm điện.

– Bộ phận quay của động cơ điện kĩ thuật không đơn giản là một khung dây mà gồm nhiều cuộn dây đặt lệch nhau và song song với trục của một khối trụ làm bằng các lá thép kĩ thuật ghép lại.

Lưu ý: Ngoài động cơ điện một chiều còn có động cơ điện xoay chiều.

4. Sự biến đổi năng lượng trong động cơ điện

Khi động cơ điện hoạt động, điện năng của dòng điện được chuyển hóa thành cơ năng.

II. Phương pháp giải bài tập

Cách xác định chiều quay của khung dây có dòng điện đặt trong từ trường. Từ đó giải thích tại sao động cơ điện một chiều có thể quay liên tục.

– Xem khung dây dẫn đặt như thế nào. Nếu:

+ Mặt phẳng khung nằm trong mặt phẳng trung hòa (mặt phẳng khung vuông góc với đường sức từ) thì lực điện từ không làm cho khung quay mà chỉ làm cho nó giãn ra hoặc nén lại.

+ Mặt phẳng khung không nằm trong mặt phẳng trung hòa thì áp dụng quy tắc bàn tay trái để tìm chiều của lực điện từ tác dụng lên mỗi đoạn của khung dây rồi suy ra chiều quay của nó.

– Động cơ điện có bộ phận gọi là cổ góp điện. Bộ phận này có tác dụng làm cho chiều dòng điện trong khung được đổi chiều mỗi khi khung dây qua mặt phẳng trung hòa. Khi đó chiều của lực điện từ tác dụng lên khung cũng được đổi chiều. Kết quả khung quay liên tục.

III. Bài tập sách giáo khoa

Bài C1 – 76 SGK Vật Lý 9:

Biểu diễn lực điện từ tác dụng lên đoạn AB và CD của khung dây dẫn khi có dòng điện chạy qua như hình 28.1 SGK

Lời giải:

Lực điện từ tác dụng lên đoạn AB và CD của khung dây dẫn khi có dòng điện chạy qua như hình 28.1 SGK sẽ vuông góc với mặt phẳng khung dây

Bài C2 – 76 SGK Vật Lý 9:

Dự đoán xem có hiện tượng gì xảy ra với khung dây khi đó:

Lời giải:

Khung dây sẽ quay theo chiều kim đồng hồ do tác dụng của lực điện từ.

Bài C4 – 77 SGK Vật Lý 9:

Nhận xét về sự khác nhau của hai bộ phận chính của nó so với mô hình động cơ điện mà em mới tìm hiểu.

Lời giải:

– Trong động cơ điện kĩ thuật, bộ phận tạo ra từ trường là nam châm điện.

– Bộ phận quay của động cơ điện kĩ thuật không đơn giản là một khung dây mà gồm nhiều cuộn dây đặt lệch nhau và song song với trục của một khối trụ làm bằng các lá thép kĩ thuật ghép lại.

Bài C5 – 78 SGK Vật Lý 9:

Khung dây trong hình 28.3 SGK quay theo chiều nào?

Lời giải:

Lực điện từ tác dụng lên đoạn dây AB và CD có phương vuông góc với mặt phẳng khung dây được thể hiện trong hình 28.3

Khung dây quay ngược chiều kim đồng hồ.

Bài C6 – 78 SGK Vật Lý 9:

Tại sao khi chế tạo động cơ điện có công suất lớn, người ta không dùng nam châm vĩnh cửu để tạo ra từ trường?

Lời giải:

Người ta không dùng nam châm vĩnh cửu vì nam châm vĩnh cửu không tạo ra được từ trường mạnh như nam châm điện.

Bài C7 – 78 SGK Vật Lý 9:

Kể một số ứng dụng của động cơ điện mà em biết?

Lời giải:

Động cơ điện được sử dụng để chế tạo ra máy bơm, máy quạt, tủ lạnh, máy giặt,…