Vật Lý 12 Bài 13: Lý Thuyết Các Mạch Điện Xoay Chiều Và Bài Tập
Mục lục
1. Độ lệch pha giữa hiệu điện thế U và cường độ dòng điện I
Ta có hiệu điện thế U và cường độ điện I có mối liên hệ như sau :
- USD i = I_ { 0 }. cos \ omega t \ rightarrow u = U_ { 0 } cos ( \ omega t + \ varphi ) USD
-
$\varphi =\varphi _{u}-i$: độ lệch pha giữa u và i
- Ta có :
- USD \ varphi > 0 USD : u sớm pha so với i .
- USD \ varphi < 0 USD : u trễ pha so với i .
- USD \ varphi = 0 USD : u cùng pha với i .
2. Mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở R
2.1. Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở
Nối hai đầu R vào điện áp xoay chiều
USD u = U_ { 0 } cos \ omega t USD
→ USD i = \ frac { u } { R } = \ frac { U_ { 0 } } { R } cos \ omega t = \ frac { U } { R }. 2 cos \ \ omega t USD
→ USD i = I_ { 0 } cos \ omega t USD
→ USD i = I \ sqrt { 2 } cos \ omega t USD
2.2. Định luật Ohm trong mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở
- Định luật : Điện trở có giá trị bằng thương số giữa điện áp hiệu dụng và điện trở của mạch là cường độ hiệu dụng trong mạch điện xoay chiều .
USD I = \ frac { U } { R } $
- Nhân xét : UR cùng pha với i khi cường độ tức thời trong mạch cùng pha với điện áp tức thời hai đầu mạch .
3. Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện
3.1. Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện
- Giữa hai bản của tụ điện, điện áp u
USD u = U_ { 0 } cos \ omega t = U \ sqrt { 2 } cos \ omega t USD
- Bản bên trái của tụ điện có điện tích
USD q = C.u = C.U. \ sqrt { 2 } cos \ omega t USD
Dòng điện có chiều như hình vẽ tại điểm t, điện tích tụ tăng. Điện tích trên bảng tăng $ \ Delta q USD, sau khoảng chừng thời hạn $ \ Delta t USD
→ USD i = \ frac { \ Delta q } { \ Delta t } $
- Với $ \ Delta q, \ Delta t \ rightarrow 0 USD suy ra USD i = \ frac { dq } { dt } q = – \ omega C.U. \ sqrt { 2 } sin \ omega t USD
USD \ Leftrightarrow i = \ omega C.U. \ sqrt { 2 } cos ( \ omega t + \ frac { \ pi } { 2 } ) USD
Có : USD I = U \ omega C \ rightarrow i = I. \ sqrt { 2 } cos ( \ omega t ) ; u = U. \ sqrt { 2 } cos ( \ omega t – \ frac { \ pi } { 2 } ) USD
Thêm vào đó USD Z_ { C } = \ frac { 1 } { \ omega_ { C } } \ rightarrow I = \ frac { U } { Z_ { C } } $
Dung kháng của mạch là ZC, $ \ Omega $ là đơn vị chức năng
3.2. Định luật Ohm trong mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện
Ta có định luật :
Tụ điện có giá trị bằng thương số của điện áp hiệu dụng giữa hai đầu mạch cũng như dung kháng của mạch là cường độ hiệu dụng ở trong mạch điện xoay chiều .
USD I = \ frac { U } { Z_ { C } } $
3.3. So sánh pha xê dịch của uC và i
So với UC i sớm pha $ \ frac { \ pi } { 2 } $ hay còn được coi là UC trễ pha so với i
3.4. Ý nghĩa của dung kháng
- Đại lượng biểu lộ cho sự cản trở của dòng điện xoay chiều của tụ điện là ZC .
- Dòng điện xoay chiều có tần số cao ( còn gọi là cao tần ) chuyển qua tụ điện thuận tiện hơn so với dòng điện xoay chiều có tần số thấp .
- ZC sẽ làm cho i sớm pha $ \ frac { \ pi } { 2 } $ so với UC .
4. Mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần
4.1. Hiện tượng tự cảm trong mạch điện xoay chiều
- Cuộn cảm có điện trở không đáng kể khi dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn cảm và xảy ra hiện tượng kỳ lạ tự cảm là cuộn cảm thuần .
- Từ thông tự cảm, dòng điện chạy qua cuộn cảm : $ \ varphi = Li $ : độ tự cảm của cuộn cảm là L
- Suất điện động tự cảm, i là dòng điện xoay chiều là : USD e = – L \ frac { \ Delta i } { \ Delta t } $
- USD e = – L \ frac { \ Delta i } { \ Delta t } $, khi $ \ Delta t \ rightarrow 0 USD
>> Xem thêm bài viết : Hiện tượng tự cảm là gì ? Công thức và bài tập tự cảm
4.2. Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần
- Đặt i trong mạch sẽ là USD i = I \ sqrt { 2 } cos \ omega t USD, được đặt vào một điện áp xoay chiều vào hai đầu L
- Hai đầu cuộn cảm thuần có điện áp tức thời là :
USD u = L \ frac { di } { dt } = – \ omega L.I. \ sqrt { 2 } sin \ omega t USD
→ $ u = \ omega L.I. \ sqrt { 2 } cos ( \ omega t + frac { \ pi } { 2 } ) USD
→ $ u = \ omega L.I $
Từ đó có USD I = \ frac { U } { \ omega L } $
Lại có USD Z_ { L } = \ omega_ { L } \ rightarrow I = \ frac { U } { Z_ { L } } $
Cảm kháng của mạch là ZL, đơn vị chức năng USD \ Omega $ .
4.3. Định luật Ohm trong mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần
Cường đồ hiệu dụng có giá trị bằng thương số của điện áp hiệu dụng và cảm kháng của mạch trong mạch điện xoay chiều có cuộn cảm thuần .
USD I = \ frac { U } { Z_ { L } } $
4.4. So sánh pha giao động của uL và i
So với UL, i trễ pha $ \ frac { \ pi } { 2 } $, và so với i UL sớm pha $ \ frac { \ pi } { 2 } $
4.5. Ý nghĩa của cảm kháng
- Sự cản trở dòng điện xoay chiều của cuộn cảm là ZL : đại lượng bộc lộ sự cản trở dòng điện .
- Cuộn cảm L lớn sẽ cản trở nhiều so với dòng điện xoay chiều, đặc biệt quan trọng với dòng điện xoay chiều cao tần .
- Khi i trễ pha $ \ frac { \ pi } { 2 } $ so với u là do ZL .
5. Một số bài tập trắc nghiệm về các mạch điện xoay chiều (có đáp án)
Sau đây là một số ít câu trắc nghiệm giúp các em rèn luyện vừa đủ nhất về toàn bộ các dạng của mạch điện xoay chiều, các em học viên tìm hiểu thêm và rèn luyện thêm .
Câu 1:
Điện trở thuần R = 100 USD \ Omega $, là điện áp giữa hai đầu của một mạch điện xoay chiều với biểu thức $ u = 200 \ sqrt { 2 } cos ( 100 \ pi t + \ frac { \ pi } { 4 } ) ( V ) USD. Cường độ của dòng điện là
A. $ i = \ sqrt { 2 } cos ( 200 \ pi t + \ frac { \ pi } { 2 } ) ( A ) USD
B. USD i = \ sqrt { 2 } cos ( 100 \ pi t + \ frac { \ pi } { 2 } ) ( A ) USD
C. USD i = 2 \ sqrt { 2 } cos ( 100 \ pi t + \ frac { \ pi } { 2 } ) ( A ) USD
D. USD i = 2 \ sqrt { 2 } cos ( 100 \ pi t + \ frac { \ pi } { 4 } ) ( A ) USD
Câu 2:
Điện dụng USD C = \ frac { 10 ^ { – 4 } } { \ pi } ( F ) USD, điện áp giữa hai đầu một đoạn mạch điện xoay chiều và biểu thức là $ u = 100 \ sqrt { 2 } cos ( 100 \ pi t ) ( V ) USD. Cường độ dòng điện của trong mạch là :
A. $ i = 2 \ sqrt { 2 } cos ( 100 \ pi t + \ frac { \ pi } { 2 } ) ( A ) USD
B. USD i = \ sqrt { 2 } cos ( 100 \ pi t + \ frac { \ pi } { 2 } ) ( A ) USD
C. USD i = 2 \ sqrt { 2 } cos ( 100 \ pi t – \ frac { \ pi } { 2 } ) ( A ) USD
D. USD i = 2 \ sqrt { 2 } cos ( 200 \ pi t + \ frac { \ pi } { 2 } ) ( A ) USD
Câu 3:
USD u = U_ { 0 } cos2 \ pi ft ( U_ { 0 } ) USD giữ nguyên còn f sẽ đổi khác được đặt vào hai đầu mạch có tụ điện. Chọn phát biểu đúng sau :
A. So với cường độ dòng điện trong đoạn mạch, điện áp giữa hai đầu đoạn mạch sớm pha $ \ frac { \ pi } { 2 } $
B. Khi tần số f càng lớn khi cường độ dòng điện hiệu dụng trong đoạn mạch .
C. Tần số f càng lớn thì dung kháng của tụ điện càng lớn .
D. Tần số f không đổi khi cường độ dòng điện hiệu dụng trong đoạn mạch .
Câu 4:
Có $ u = 100 \ sqrt { 2 } cos ( 100 \ pi t ) ( V ) USD là giữa hai đầu của cuộn cảm thuần là điện áp .
Với I = 5A trong cường độ hiệu dụng, chọn biểu đồ đúng :
A. $ i = 5 \ sqrt { 2 } cos ( 100 \ pi t – \ frac { \ pi } { 2 } ) ( A ) USD
B. USD i = 5 cos ( 100 \ pi t – \ frac { \ pi } { 2 } ) ( A ) USD
C. USD i = 5 \ sqrt { 2 } cos ( 200 \ pi t – \ frac { \ pi } { 2 } ) ( A ) USD
D. USD i = 5 \ sqrt { 2 } cos ( 100 \ pi t + \ frac { \ pi } { 2 } ) ( A ) USD
Câu 5:
Khi có điện trở R trong đoạn mạch thì sẽ :
A. Sự cộng hưởng điện trong mạch
B. Tuân theo định luận Ôm là I và U
C. Hiệu điện thế muộn pha hơn cường độ dòng điện
D. Hiệu điện thế sẽ sớm hơn cường độ dòng điện
Câu 6:
Ta có $ u = U_ { o } cos ( 100 \ pi t – \ frac { \ pi } { 6 } ) s USD được tính bằng t vào tụ điện có điện dung $ \ frac { 1 } { 5 } mF USD. Cường độ dòng điện trong mạch là 3,0 A, ở thời gian điện áp giữa hai đầu tụ điện là 200 V. Ta có biểu thức :
A. $ i = 5 cos ( 100 \ pi t + \ frac { \ pi } { 3 } ) A $
B. USD i = cos ( 100 \ pi t + \ frac { \ pi } { 3 } ) A $
C. USD i = 5 cos ( 100 \ pi t – \ frac { \ pi } { 6 } ) A $
D. USD i = cos ( 100 \ pi t – \ frac { \ pi } { 6 } ) A $
Câu 7:
Điện trở thuần R = 40W là mạch điện xoay chiều, thông số tự cảm $ L = \ frac { 0,8 } { \ pi } ( H ) USD là một cuộn thuần cảm và tụ điện dung USD C = \ frac { 2 } { \ pi }. 10 ^ { – 4 } F $ mắc tiếp nối đuôi nhau. Ta có USD i = 3 cos ( 100 \ pi t ) ( A ) USD là dòng điện qua mạch. Toàn mạch có tổng trở là :
A. 30 $ \ Omega $
B. 40 USD \ Omega $
C. 50 USD \ Omega $
D. 60 $ \ Omega $
Câu 8:
Ta có điện trở thuần R = 80W là mạch điện xoay chiều, độ tự cảm L = 64 mH và điện dung C = 40 $ \ mu $ F. f là tần số dòng điện bằng 50 Hz. Tổng đoạn mạch tổng trở là :
A. 50 USD \ Omega $
B. 80 $ \ Omega $
C. 100 USD \ Omega $
D. 90 $ \ Omega $
Câu 9:
USD R = 100 \ sqrt { 3 } $ W trong mạch điện không phân nhánh, có tụ điện USD C = \ frac { 10 ^ { – 4 } } { 2 p } ( F ) USD ở cuộn dây thuần cảm L. Điện thể $ u = 100 \ sqrt { 2 } cos100p USD, đặt 2 đầu mạch điện. Có hiệu điện thế ULC = 50V, có hiệu điện thế chậm pha hơn dòng điện. Giá trị của L sẽ là :
A. 0,001 H
B. 0,420 H
C. 0,324 H
D. 0,318 H
Câu 10:
Ta có $ u = u_ { 0 } cos ( 120 \ pi t + \ frac { \ pi } { 3 } ) V $ và độ tự cảm $ L = \ frac { 1 } { 6 \ pi } H $ vào hai đầu cuộn cảm thuần. Điện áp giữa hai đầu cuộn cảm USD 40 \ sqrt { 2 } $ thì có 1A là cường độ dòng điện. Ta có dòng điện qua cuộn cảm là :
A. $ i = 3 \ sqrt { 2 } cos ( 120 \ pi t – \ frac { \ pi } { 6 } ) ( A ) USD
B. USD i = 3 cos ( 120 \ pi t – \ frac { \ pi } { 6 } ) ( A ) USD
C. USD i = 2 \ sqrt { 2 } cos ( 120 \ pi t – \ frac { \ pi } { 6 } ) ( A ) USD
D. USD i = 2 cos ( 120 \ pi t + \ frac { \ pi } { 6 } ) ( A ) USD
Đáp án:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Để giúp các em học sinh thành thạo lý thuyết về các mạch điện xoay chiều và ứng dụng vào các bài tập, bài giảng sau đây thầy Nguyễn Huy Tiến sẽ cùng trao đổi với chúng ta một công cụ toán học hữu ích giúp xử lí các bài toán ở mức độ vận dụng – vận dụng cao. Đó là “sử dụng giản đồ vecto để giải bài toán về dòng điện xoay chiều”. Để làm được dạng bài này các em cần vẽ được giản đồ vecto và vận dụng linh hoạt các công thức toán học. Các em cùng chú ý theo dõi bài giảng nhé!
Trên đây hàng loạt thông tin về các mạch điện xoay chiều lớp 12 mà VUIHOC san sẻ với các bạn học viên. Hy vọng rằng, sau bài viết này, các bạn hoàn toàn có thể nắm vững hơn phần kỹ năng và kiến thức này và thành thạo các dạng bài tập. Để có thêm những kiến thức và kỹ năng hữu dụng về môn Vật lý, các em hãy truy vấn Vuihoc. vn ngay giờ đây nhé !
Source: https://thevesta.vn
Category: Bản Tin
