Bài giảng Vật lý 12 các mạch điện xoay chiều

VẬT LÝ 12 CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU BÀI TẬP CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU – BÀI TẬP 1. Kiến thức cần nhớ a) Hiệu điện thế xoay chiều Hiệu điện thế giữa hai điểm AB trong mạch điện được gọi là hiệu điện thế xoay chiều nếu biểu thức của nó được viết dưới dạng u = U0cos(𝝎𝒕 + 𝝋𝒖)(V) Trong đó: U0 > 0 – hiệu điện thế cực đại giữa hai điểm AB. ω – tần số hiệu điện thế. φ_u – pha ban đầu của hiệu điện thế. u – là hiệu điện thế tức thời giữa hai điểm AB. Ví dụ. u = uAB = U0cos(ωt+ φu) = 220cos(100πt + π/3 )(V) CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU – BÀI TẬP 1. Kiến thức cần nhớ b) Các mạch điện xoay chiều cơ bản i = I0cos(𝜔𝑡 + 𝜑𝑖) I = 𝐼0 2 Mạch chỉ chứa tụ C Mạch chỉ chứa R Mạch chỉ chứa cuộn cảm thuần L uC = U0Ccos(𝜔𝑡 + 𝜑𝑖 - 𝜋 2 ) ZC = 1 𝐶𝜔 I0 = 𝑈0𝐶 𝑍𝐶 I = 𝑈𝐶 𝑍𝐶 i ≠ 𝑢𝐶 𝑍𝐶 UR = U0Rcos(𝜔𝑡 + 𝜑𝑖) R I0 = 𝑈0𝑅 𝑅 I = 𝑈𝑅 𝑅 i = 𝑢𝑅 𝑅 UL = U0Ccos(𝜔𝑡 + 𝜑𝑖 + 𝜋 2 ) ZL = L𝜔 I0 = 𝑈0𝐿 𝑍𝐿 I = 𝑈𝐿 𝑍𝐿 i ≠ 𝑢𝐿 𝑍𝐿 CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU – BÀI TẬP 2. Một số ví dụ Ví dụ 1. Hiệu điện thế xoay chiều u = 200 2 cos 100𝜋𝑡 − 𝜋 2 𝑉 Tại thời điểm t, giá trị u = 100 2 và đang giảm. Sau thời điểm đó 1 300 𝑠 giá trị điện áp là bao nhiêu? Bài giải Pha tại thời điểm t là 𝜋 3 Pha tại thời điểm t + 1 300 𝑠 : 𝜋 3 + 1 300 . 100𝜋 = 2𝜋 3 Nên u = 200 2cos( 2𝜋 3 )= - 100 2 (V) và đang giảm. 200 2- 200 2 100 2 CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU – BÀI TẬP 2. Một số ví dụ Ví dụ 2. Điện áp xoay chiều giữa hai đầu một đoạn mạch biến đổi điều hoà theo thời gian được mô tả bằng đồ thị ở hình dưới đây. Biểu thức điện áp tức thời giữa hai đầu đoạn mạch này là Bài giải u = 200cos 100𝜋𝑡 + 2𝜋 3 𝑉 CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU – BÀI TẬP 2. Một số ví dụ Ví dụ 3. Điện áp giữa hai đầu một đoạn mạch có biểu thức u = 200 2 cos 100𝜋𝑡 − 𝜋 2 (V), t tính bằng giây (s). Tính từ thời điểm 0 s, tìm thời điểm đầu tiên điện áp có giá trị tức thời bằng giá trị hiệu dụng và điện áp đang giảm ? Bài giải Giá trị điện áp hiệu dụng U = 200, điện áp giảm. Nên pha u: 𝜋 4 + 2𝑘𝜋 = 100𝜋𝑡 − 𝜋 2 , t ≥ 0 t = 3 400 + 𝑘 50 , thời điểm đầu tiên điện áp bằng 200 và đang giảm là t = 3/400(s). 200 2- 200 2 200 CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU – BÀI TẬP 2. Một số ví dụ Ví dụ 4. Điện áp giữa hai đầu một đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có tụ có điện dung C= 10-4/π(F)có biểu thức u=200 2 cos 100𝜋𝑡 (V) Biểu thức của cường độ dòng điện trong mạch là? Bài giải Dung kháng tụ điện ZC = 1 𝐶𝜔 = 100 (Ω) I0 = U0/ ZC = 200 2 / 100 = 2 2 Đoạn mạch chỉ có C nên ∆𝜑 = − 𝜋 2 Nên 𝜑𝑖 = 𝜑𝑢 − ∆𝜑 = 0 – (− 𝜋 2 ) = 𝜋 2 Biểu thức i = 2 2 cos(100𝜋𝑡 + 𝜋 2 )(A) CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU – BÀI TẬP 2. Một số ví dụ Ví dụ 5. Điện áp giữa hai đầu một đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm với độ tự cảm L= 1/π(H)có biểu thức u=200 2 cos 100𝜋𝑡 + 𝜋 3 (V) Biểu thức của cường độ dòng điện trong mạch là? Bài giải Cảm kháng ZL = L𝜔= 100 (Ω) I0 = U0/ ZL = 200 2 / 100 = 2 2 Đoạn mạch chỉ có L nên ∆𝜑 = + 𝜋 2 Nên 𝜑𝑖 = 𝜑𝑢 − ∆𝜑 = 𝜋 3 – (+ 𝜋 2 ) = (- 𝜋 6 ) Biểu thức i = 2 2 cos(100𝜋𝑡 - 𝜋 6 )(A) CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU – BÀI TẬP 2. Một số ví dụ Ví dụ 6. Điện áp giữa hai đầu một đoạn mạch điện xoay chiều chỉ chứa điện trở R = 100 (Ω) có biểu thức u=200 2 cos 100𝜋𝑡 + 𝜋 4 (V) Biểu thức của cường độ dòng điện trong mạch là? Bài giải I0 = U0/ R = 200 2 / 100 = 2 2 Đoạn mạch chỉ có R nên ∆𝜑 = 0 Nên 𝜑𝑖 = 𝜑𝑢 − ∆𝜑 = 𝜋 4 – 0= 𝜋 4 Biểu thức i = 2 2 cos(100𝜋𝑡 + 𝜋 4 )(A) CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU – BÀI TẬP 2. Một số ví dụ Ví dụ 7. Đặt điện áp u = U 2cos(𝜔𝑡 + 𝜑𝑢)(V) vào hai đầu một cuộn thuần cảm thì cường độ dòng điện qua nó có giá trị hiệu dụng là I. Tại thời điểm t, điện áp ở hai đầu cuộn thuần cảm là u và cường độ dòng điện qua nó là i. Hệ thức liên hệ giữa các đại lượng là? Bài giải uL = U 2cos(𝜔𝑡 + 𝜑𝑢)(V) i = I0cos(𝜔𝑡 + 𝜑𝑢 - 𝜋 2 )(A) Nhận xét. uL, i dao động điều hòa vuông pha, nên ta áp dụng công thức độc lập. 𝑢2 𝑈0 2 + 𝑖2 𝐼0 2 = 1. Sử dụng mối liên hệ giữa giá trị hiệu dụng và giá trị cực đại ta có 𝑢2 𝑈2 + 𝑖2 𝐼2 = 2 C. 2 2 2 2 u i 2 U I   CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU – BÀI TẬP 2. Một số ví dụ Ví dụ 8. Hình bên là đồ thị biểu diễn sự biến đổi của điện áp giữa hai đầu một đoạn mạch xoay chiều và cường độ dòng điện chạy trong đoạn mạch đó theo thời gian. Tìm độ lệch pha giữa u (t) và i (t) ? Bài giải u (t) nhanh pha so với i (t) một góc 900 C. 2 2 2 2 u i 2 U I   u, i t u(t) i(t) 0 CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU – BÀI TẬP 2. Một số ví dụ Ví dụ 9. Một đèn neon đặt dưới điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng U = 220(V) và tần số f = 50(Hz) . Biết đèn sáng khi điện áp giữa hai cực của nó không nhỏ hơn 200(V) . Hỏi trong một giây có bao nhiêu lần đèn sáng ? Bài giải Trong 1 chu kỳ có 2 lần đèn tắt rồi sáng. 1 s có 50 chu kỳ nên trong 1 s đèn sáng 100 lần. C. 2 2 2 2 u i 2 U I   220- 220 200- 200 CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU – BÀI TẬP 2. Một số ví dụ Ví dụ 10. Chứng minh rằng khi hai cuộn thuần cảm mắc nối tiếp với nhau trong mạch xoay chiều thì có thể thay thế bằng 1 cuộn cảm tương đương có giá trị L = (L1 + L2) Chứng mình rằng khi hai tụ điện C1 và C2 mắc nối tiếp với nhau thì điện dung tương đương có dung kháng là C = 𝐶1𝐶2 𝐶1+ 𝐶2 Đặc biệt khi nối tiếp n tụ có giá trị điện dung C giống nhau ta thu được bộ tụ có điện dung C/n. Trường hợp mắc tụ song song. C. 2 2 2 2 u i 2 U I   Chi tiết bài giảng bạn có thể xem tại: https://www.youtube.com/user/hongminhbka Mình có dạy lớp ôn thi đại học “Học thử 1 tháng” tại Hà Nội. Bạn quan tâm có thể liên hệ qua số điện thoại 0974 876 295 Cảm ơn nhiều!