Vật Lý Lớp 12 - Chương 3: Dòng Điện Xoay Chiều - Chủ đề 3: Mạch điện xoay chiều R, L, C - HocHay


Đăng bởi Mỹ Anh | 02/02/2021 | 82
Vật Lý Lớp 12 - Chương 3: Dòng Điện Xoay Chiều - Chủ đề 3: Mạch điện xoay chiều R, L, C - HocHay

Video bài học Vật Lý Lớp 12 - Dòng Điện Xoay Chiều - Mạch điện xoay chiều R, L, C - HocHay

Vật Lý Lớp 12 - Dòng Điện Xoay Chiều - Mạch Điện Xoay Chiều R, L, C

Sơ đồ mạch điện R,L,C mắc nối tiếp

Trong đó:

V: điện áp nguồn

I: cường độ dòng điện trong mạch

R: trở kháng của điện trở

L: độ tự cảm của cuộn cảm

C: điện dung của tụ điện

Định luật Ohm cho đọan mạch có R, L, C mắc nối tiếp

  • Tổng trở của mạch

$$Z = \sqrt {R^2 + (Z_L – Z_C)^2} = \sqrt {R^2 + (ωL - \frac 1 {ωC})^2}$$

  • Định luật Ohm cho đọan mạch có R, L, C mắc nối tiếp: 

Cường độ hiệu dụng trong một mạch điện xoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp có giá trị bằng thương số giữa điện áp hiệu dụng của mạch và tổng trở của mạch.

$$I_0 = \frac {U_0} Z$$

hay

$$I = \frac U Z = \frac {U_R} R = \frac {U_L} {Z_L} = \frac {U_C} {Z_C} = \frac {U_R} r$$

Mối liên hệ giữa các điện áp cực đại hoặc hiệu dụng

$$U = \sqrt {(U_L – U_C)^2} + {U_R}^2$$

hoặc

$$U_0 = \sqrt {(U_{0L} – U_{0C})^2 + {U_{0R}}^2}$$

Độ lệch pha giữa u và i

$$tanφ = \frac {U_L – U_C} {U_R} = \frac {Z_L – Z_C} R = \frac {ωL - \frac 1 {ωC}} R$$

Nếu $U_L > U_C$ hay $Z_L > Z_C: φ > 0$: u sớm pha hơn i $\leftrightarrow Z_L > Z_C$ mạch có tính cảm kháng

Nếu $U_L < U_C$ hay $Z_L < Z_C: φ < 0$: u chậm pha hơn i $\leftrightarrow Z_L < Z_C$ mạch có tính dung kháng

Nếu $U_L = U_C$ hay $Z_L = Z_C: φ = 0$: u cùng pha với i $\leftrightarrow Z_L = Z_C$ mạch có thuần trở

Hiện tượng cộng hưởng điện

Hiện tượng cộng hưởng trong mạch điện xoay chiều R,L,C mắc nối tiếp là hiện tượng cường độ dòng điện trong mạch R,L,C đạt đến giá trị cực đại khi $Z_L = Z_C$

$$f_0 = \frac 1 {2π\sqrt {LC}} \leftrightarrow ω_0 = \frac 1 {\sqrt {LC}}$$

Hệ quả của hiện tượng cộng hưởng:

$$I_{max} = \frac U {Z_{min}} = \frac U R$$

với $Z_{min} = R \leftrightarrow Z_L = Z_C$ hay $U_L = U_C$

$φ=0 \rightarrow φ_u = φ_i \rightarrow \left\{ \begin{array}{} u và i đồng pha\\{(cos φ)}_{max} = 1\end{array} \right.$

$u_R$ đồng pha so với u hai đầu đoạn mạch, hay $U_{R_{max}} = U$

$u_L$ và $u_C$ đồng thời lệch pha $\frac π 2$ so với u ở hai đầu đoạn mạch.

Công suất và hệ số công suất của dòng điện xoay chiều

  • Công suất của mạch điện xoay chiều:

Công suất thức thời: $$p_t = u.i (W)$$

Công suất trung bình: $$\overline P = p = U.I.cos φ$$

Điện năng tiêu thụ: $$W = P.t (J)$$

Hệ số công suất $cos φ$: $$cos φ = \frac P U.I = \frac {U_R} U = \frac R Z$$

Công suất tiêu thụ trung bình của mạch: $$P = R.I^2 = \frac {U^2} {R^2 + (Z_L – Z_C)^2} . R$$

  • Nếu mạch gồm điện trở R và r hay cuộn dây có điện trở thuần r thì:

Công suất tiêu thụ của mạch:

$$P_{mạch} = (R + r).I^2 = \frac {U^2} {(R+r)^2 + (Z_L – Z_C)^2} (R + r) = P_R + P_{dây}$$

Công suất tiêu thụ trên điện trở thuần R:

$$P_R = I^2. R = \frac {U^2} {(R+r)^2 + (Z_L – Z_C)^2}.R$$

Công suất tiêu thụ trên cuộn dây:

$$P_{dây} = I^2.r = \frac {U^2} {(R+r)^2 + (Z_L – Z_C)^2}.r$$

Ý nghĩa của hệ số công suất

  • Trường hợp cos $φ = 1 \rightarrow φ = 0$: Mạch chỉ có R hoặc mạch RLC có cộng hưởng điện.

$Z_L = Z_C$ thì $P \rightarrow P_{max} = UI = \frac {U^2} R$

  • Trường hợp cos φ = 0 tức là $φ = ± \frac π 2$: Mạch chỉ có L, hoặc C, hoặc có cả L và C mà không có R.

$P = P_{min} = 0$

  • Công suất hao phí trên dây tải điện có điện trở r:

$$P_{hp} = rI^2 = \frac {r.P^2} {U^2.cos^2 φ}$$

Xác định các phần tử có trong mạch điện dựa vào độ lệch pha

  • Nếu φ = 0 thì mạch thuần trở (chỉ có R hoặc mạch RLC đang xảy ra cộng hưởng điện)
  • Nếu $φ = ± \frac π 2$ thì không tồn tại điện trở thuần R.

$φ = \frac π 2$ thì mạch chỉ có L hoặc LC với $Z_L > Z_C$

$φ = - \frac π 2$ thì mạch chỉ có C hoặc LC với $Z_L < Z_C$

  • Nếu $φ ≠ ± \frac π 2$ thì phải tồn tại điện trở thuần R.

$0 < φ < \frac π 2$: mạch có tính cảm kháng $\rightarrow$ mạch gồm RL hoặc RLC với $Z_L > Z_C$

$-\frac π 2 < φ < 0$: mạch có tính dung kháng $\rightarrow$ gồm RC hoặc RLC với $Z_L < Z_C$

Tiếp theo:


HOCHAY.COM - Đầu tư bởi công ty CP Học Hay

Trụ sở cơ quan: Số 145 Lê Quang Định, phường 14, quận Bình Thạnh, thành phố Hồ Chí Minh.

Điện thoại: 028 3510 7799

Email: lienhe@hochay.com

Giấy chứng nhận Đăng ký Kinh doanh số 0315260428 do Sở Kế hoạch và Đầu tư Thành phố Hồ Chí Minh cấp ngày 07/09/2018

Mạng xã hội HocHay - Giấy phép MXH số 61/GP-BTTTT ngày 19/02/2019