Định luật Ôm cho đoạn mạch X bất kì: X X u i Z X chứa RLC thì: Z R i Z Z RLC L C X chỉ chứ R thì: Z R R X chứa RL thì: Z R iZ RL L X chỉ chứa L thì: Z iZ L L X chứa RC thì: Z R iZ RC C X chỉ chứa C thì: Z iZ C C → Máy tính để chế độ làm việc với số phức, chẳng hạn Fx 570 ES bấm MODE 2 để làm việc với số phức Cách biểu diễn dao động điều hòa trên máy tính dưới chế độ phức: BiÓu diÔn trªn m¸y tÝnh 0 0 0 0 a b u U cos t u U U cos U sin i Ví dụ 1(ĐH – 2013): Đặt điện áp u 220 2 cos100 t vào hai đầu đoạn mạch mắc nối tiếp gồm R = 100 Ω, tụ điện có 4 10 C 2 F và cuộn cảm có 1 L H. Biểu thức cường độ dòng điện trong mạch là A. i = 2,2cos(100πt + 4 ) A B. i = 2 2 cos(100πt + 4 ) A C. i = 2,2cos(100πt 4 ) A D. i = 2,2cos(100πt 4 ) A
Trang 1Định luật Ôm cho đoạn mạch X bất kì:
X X
u i Z
X chứa RLC thì: ZRLC R i Z LZC X chỉ chứ R thì: ZRR
X chứa RL thì: ZRL R iZL X chỉ chứa L thì: ZL iZL
X chứa RC thì: ZRC R iZC X chỉ chứa C thì: ZC iZC
→ Máy tính để chế độ làm việc với số phức, chẳng hạn Fx 570 ES bấm MODE 2 để làm việc với số phức!
Cách biểu diễn dao động điều hòa trên máy tính dưới chế độ phức:
BiÓu diÔn trªn m¸y tÝnh
uU cos t u U U cos U sin i
Ví dụ 1(ĐH – 2013): Đặt điện áp u220 2 cos100 t vào hai đầu đoạn mạch mắc nối tiếp gồm R = 100 Ω, tụ điện
có
4 10 C
2
F và cuộn cảm có
1
L
H Biểu thức cường độ dòng điện trong mạch là
A i = 2,2cos(100πt +
4
4
) A
C. i = 2,2cos(100πt -
4
4
) A
Hướng dẫn:
i
Z
Ví dụ 2(ĐH – 2009): Đặt điện áp xoay chiều vào hai đầu đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp Biết R = 10 Ω, cuộn
cảm thuần có L 1
10
(H), tụ điện có
3 10 C 2
(F) và điện áp giữa hai đầu cuộn cảm thuần là
L
u 20 2 cos 100 t 0,5 (V) Biểu thức điện áp giữa hai đầu đoạn mạch là ?
Hướng dẫn:
bÊm m¸y
L C L
L
BIỂU DIỄN SỐ PHỨC GIẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU
Giáo viên: ĐỖ NGỌC HÀ
(Tài liệu do thầy Đỗ Ngọc hà giáo viên HOCMAI biên soạn dành tặng học sinh ôn thi THPT quốc
gia 2016 có mục tiêu đạt 8-10 điểm Toán)
Trang 2Ví dụ 3(ĐH – 2011): Đoạn mạch AB gồm hai đoạn mạch AM và MB mắc nối tiếp Đoạn mạch AM gồm điện trở
thuần R1 = 40 mắc nối tiếp với tụ điện có diện dụng
3 10
4
, đoạn mạch MB gồm điện trở thuần R2 mắc nối tiếp với cuộn cảm thuần Đặt vào A, B điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng và tần số không đổi thì điện áp tức thời ở hai đầu đoạn mạch AM và MB lần lượt là : uAM 50 2 cos(100 t 7 )(V)
12
và uMB 150cos100 t (V) Hệ số công suất của đoạn mạch AB là
Hướng dẫn:
0
0
AM
AB AM MB
7
50 2
Z
Ví dụ 4(ĐH-2011): Một đoạn mạch AB gồm hai đoạn mạch AM và MB mắc nối tiếp Đoạn mạch AM gồm điện trở
thuần R1 mắc nối tiếp với tụ điện có điện dung C, đoạn mạch MB gồm điện trở thuần R2 mắc nối tiếp với cuộn cảm thuần có độ tự cảm L Đặt điện áp xoay chiều có tần số và giá trị hiệu dụng không đổi vào hai đầu đoạn mạch AB Khi
đó đoạn mạch AB tiêu thụ công suất bằng 120 W và có hệ số công suất bằng 1 Nếu nối tắt hai đầu tụ điện thì điện áp hai đầu đoạn mạch AM và MB có cùng giá trị hiệu dụng nhưng lệch pha nhau
3
, công suất tiêu thụ trên đoạn mạch
AB trong trường hợp này bằng
Hướng dẫn:
* Chưa nối tắt: hệ số công suất bằng 1 → ZL = ZC
0
MB MB
U 60
2
1 2
Ví dụ 5(ĐH 2013): Đoạn mạch nối tiếp gồm cuộn cảm thuần, đoạn mạch X và tụ điện
(hình vẽ) Khi đặt vào hai đầu A, B điện áp uAB = U0cos(ωt+φ) (V) (U0, ω và φ không đổi)
thì: LCω2
= 1, UAN = 25 2 V và uMB 50 2V, đồng thời uAN sớm pha
3
so với uMB Giá trị U0 là?
Hướng dẫn:
LCω2
= 1 → ZL = ZC → uAM = – uNB → uAB = uMN
Lại có: uAN + uMB – uMN = uAB → 2uAB = uAN + uMB → 2uAB = 50 100 0
3
→U0 25 7 V
Trang 3Ví dụ 6(ĐH-2014): Đặt điện áp xoay chiều ổn định vào hai đầu đoạn mạch AB mắc nối tiếp
(hình vẽ).Biết tụ điện có dung kháng ZC, cuộn cảm thuần có cảm kháng ZL và 3ZL = 2ZC Đồ
thị biểu diễn sự phụ thuộc vào thời gian của điện áp giữa hai đầu đoạn
mạch AN và điện áp giữa hai đầu đoạn mạch MB như hình vẽ Điện áp
hiệu dụng giữa hai điểm M và N là ?
A 173 V B 122 V
Hướng dẫn:
3ZL = 2ZC → 2uAM = – 3uNB → uAB = –0,5.uNB + uMN
→ uMN = 3uMB 2uAN
5
= …20 37 → UMN = 10 74 V Chọn C
Ví dụ 7: Cho đoạn mạch điện AB gồm điện trở thuần R mắc nối tiếp với một tụ điện C và một cuộn dây theo đúng
thứ tự M là điểm nối giữa điện trở thuần và tụ điện, N là điểm giữa tụ điện và cuộn dây Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng 120 3 không đổi vào đoạn mạch AB Khi đó, điện áp giữa hai điểm A và N lệch pha với điện áp giữa hai điểm M, B là
2
, lêch pha với điện áp giữa hai điểm A, B là
3
; điện áp hiệu dụng giữa hai điểm M, B là là
120 V, đoạn mạch AB tiêu thụ công suất 360 W Nếu nối tắt hai đầu cuộn dây công suất tiêu thụ của đoạn mạch trong trường hợp này là
Hướng dẫn:
Khi chưa nối tắt ta có:
AN 0AN
MB
AB
AM AB MB
u u u 120 2 30
→ pha ban đầu dòng điện là 300
Z
R
0
AM AM
0
L C
MB MB
C
L C
Ví dụ 8(ĐH-2013): Đặt điện áp u = U0cosωt (V) (với U0 và ω không đổi) vào hai đầu đoạn mạch gồm cuộn dây không thuần cảm mắc nối tiếp với tụ điện có điện dung C (thay đổi được) Khi C = C0 thì cường độ dòng điện trong mạch sớm pha hơn u là φ1 (0 1
2
) và điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn dây là 45 V Khi C = 3C0 thì cường độ
dòng điện trong mạch trễ pha hơn u là 2 1
2
và điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn dây là 135 V Giá trị của U0
gần giá trị nào nhất sau đây?
Trang 4Hướng dẫn:
Trong 2 trường hợp điện áp 2 đầu dây luôn nhanh pha hơn cường độ dòng điện một lượng
Ta có định luật Ôm biểu diễn dạng số phức: ud u.Zd
Z
L
L C
L C
C
L L
R i Z
U R iZ
3C :135 2
Z
R i Z
3
Cho R
= 1 → L
C
1
45 2 U 90 V Chän C 2
Ví dụ 9(ĐH-2013): Đặt điện áp u = U0cosωt (U0 và ω không đổi) vào hai đầu đoạn mạch mắc nối tiếp gồm điện trở
R, tụ điện có điện dung C, cuộn cảm thuần có độ tự cảm L thay đổi được Khi L = L1 và L = L2: điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn cảm có cùng giá trị; độ lệch pha của điện áp ở hai đầu đoạn mạch so với cường độ dòng điện lần lượt là 0,52 rad và 1,05 rad Khi L = L0: điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn cảm đạt cực đại; độ lệch pha của điện áp ở hai
đầu đoạn mạch so với cường độ dòng điện là φ Giá trị của φ gần giá trị nào nhất sau đây?
A 0,41 rad B 1,57 rad C 0,83 rad D 0,26 rad
Hướng dẫn:
Solution: Nhớ:
2 2 C L0
C
Z
Z
thì UL cực đại! Các trở, kháng trong bài không cần tính chính xác, cho luôn R = 1!
→ tan(φu – φi) = ZLZC;
O L
L C
U iZ u
0 L1
0
0 0 L1
C
L 2
L1 L1 C
0 0 L 2
L 2
2 C
U iZ
i
1
3
U iZ
1 i 3
C
Ví dụ 10: Cho 3 linh kiện gồm điện trở thuần R, cuộn cảm thuần L và tụ điện C Lần lượt đặt điện áp xoay chiều có
giá trị hiệu dụng U vào hai đầu đoạn mạch nối tiếp RL hoặc RC thì biểu thức cường độ dòng điện trong nạch lần lượt
là i1 2 cos 100 t
12
7
i 2 cos 100 t
12
A Nếu đặt điện áp trên vào hai đầu đoạn mạch RLC nối tiếp thì dòng điện trong mạch có biểu thức là ?
A i = 2 2 cos(100πt +
6
4
) A
C. i = 2 cos(100πt +
3
4
) A
Hướng dẫn:
Trang 5 Dễ thấy tổng trở 2 trường hợp đầu bằng nhau, do đó ZL = ZC, đặt = 1!
1
3
u i
R i
u i R
Ví dụ 11: Đặt một điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng 120 V vào hai đầu đoạn mạch nối tiếp gồm điện trở R, tụ
điện C và cuộn cảm thuần L Ở hai đầu cuộn cảm có mắc một khóa K Khi K mở dòng điện qua mạch là 1
i 4 2cos 100 t
6
(A); khi K đóng thì dòng điện qua mạch lài2 4 cos 100 t
12
(A) Giá trị R, L, C là?
Solution: Điện áp không đổi nên tổng trở phức tỉ lệ nghịch với dòng điện phức khi K mở và đóng!
L C
o C
Ví dụ 12(ĐH-2014): Đặt điện áp u 180 2 cos t (V) (với ω không đổi) vào hai đầu đoạn
mạch AB (hình vẽ) R là điện trở thuần, tụ điện có điện dung C, cuộn cảm có độ tự cảm L
thay đổi được Điện áp hiệu dụng ở hai đầu đoạn mạch MB và độ lớn góc lệch pha của cường độ dòng điện so với điện áp u khi L = L1 là U và φ1, còn khi L = L2 thì tương ứng là 8U và φ2 Biết φ1 + φ2 = 90o Giá trị U bằng
Hướng dẫn:
Pha ban đầu u là 0
Khi L = L1, giả sử mạch có tính dung kháng thì pha ban đầu dòng điện là 1
→ Khi L = L2, mạch có tính cảm kháng thì pha ban đầu dòng điện là 1
2
Ta có:uABuAMuMB
Ví dụ 13: Đặt điện áp u = U0cosωt (V) (với U0 và ω không đổi) vào hai đầu đoạn mạch gồm cuộn dây không thuần cảm mắc nối tiếp với tụ điện có điện dung C (thay đổi được) Khi C = C1 thì điện áp hiệu dụng giữa hai đầu tụ điện là
40 V và trễ pha hơn u là φ1 Khi C = C2 thì điện áp hiệu dụng giữa hai đầu tụ điện là 40 V và trễ pha hơn u là φ2 = φ1 +
3
Khi C = C3 thì điện áp hiệu dụng giữa hai đầu tụ điện đạt cực đại và công suất bằng 50% công suất cực đại mạch
điện có thể đạt được khi C thay đổi Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch có giá trị là
A 40
80
80
40
3 V
2 2 2
0R1 0R2
2
Trang 6Hướng dẫn:
Khi C = C3 điện áp hiệu dụng trên C cực đại, do đó:
2 2 L C3
L
Z
Z
2
L C3
2 L
2R R
Z
Ta có định luật Ôm biểu diễn dạng số phức:
u
Z
0 0
0
C1
0
0 C 2
0
C 2
Z 1 i 1 Z
60
Z 1 i 1 Z
1 i 1 Z
80 U
Chän C
3
15
Ví dụ 14: Một đoạn mạch AB gồm đoạn mạch AM và MB mắc nối tiếp Đoạn mạch AM chứa cuộn dây không thuần
cảm, MB gồm điện trở R nối tiếp với tụ điện C Đặt điện áp xoay chiều u80 6 cos t (V) vào hai đầu đoạn mạch
AB Khi đó cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch là 1 A; điện áp hiệu dụng giữa hai điểm M, B gấp hai lần điện
áp hiệu dụng trên R; điện áp tức thời giữa M, B lệch pha 0,5π với điện áp giữa hai đầu đoạn mạch AB Gọi x = ZL –
ZC Công suất trên AB và x có giá trị là ?
Hướng dẫn:
U 2U Z 2RZ 3R
2 0
0
L C
Ví dụ 15: Đặt vào hai đầu mạch AB điện áp xoay chiều, L thuần cảm thì thấy điện áp
các đoạn mạch uANxU cos( t0 )(V);uMBU cos( t0 )(V) Biểu thức
điện áp đặt vào hai đầu AB là ?
Hướng dẫn:
Chọn R = 1!
L
C
MB MB
C
x cos Z
x sin
1 x cos
Z
x sin
Ví dụ: Đặt vào hai đầu mạch AB điện áp xoay chiều, L thuần cảm thì thấy điện áp các đoạn mạch
AN
u 100 2cos(100 t)(V) ;uMB 100 6cos( t )(V)
2
Điện áp cực đại đặt vào hai đầu AB là
L
C
C
1 Z
3
1 iZ
.Vậy U050 14 V
L
Trang 7Ví dụ 16: Đặt điện áp xoay chiều u = U0cosωt (V) vào hai đầu đoạn mạch gồm biến trở R, tụ điện C và cuộn dây thuần cảm L có độ tự cảm thay đổi được mắc nối tiếp nhau theo thứ tự, M là điểm nằm giữa tụ điện và cuộn dây Khi
R = Ro, điều chỉnh L đến giá trị L1 thì hiệu điện thế hiệu dụng giữa hai đầu cuộn dây đạt giá trị cực đại thì UAM = U1 Khi tăng giá trị biến trở thêm Rx thì hiệu điện thế hiệu dụng giữa hai đầu cuộn dây đạt cực đại khi L = L2, khi đó UAM
= U2 Biết dòng điện trong hai trường hợp lệch pha nhau góc α (tanα = 1/3), U1 = 2U2 Xác định hệ số công suất của mạch trong trường hợp đầu
A 2
1
1
Hướng dẫn:
Nhớ:
2 2 C L
C
Z
Z
thì UL cực đại! Hiển nhiên:
2
C
R
Z
C
→ dòng điện TH2 chậm pha TH1 lượng α Chọn luôn ZC = 1 là đại lượng không đổi trong bài!
Theo định luật Ôm ta có:
R tan cos
P/s: Bài này nên vẽ giản đồ vecto!