Bài giảng dòng điện xoay chiều 2

Tài liệu tham khảo Đề thi Vật lý khối A

Đặng Việt Hùng Bài giảng Dòng điện xoay chiều Mobile: 0985074831 I. CễNG SUT MCH IN XOAY CHIU 1) Biu thc ca cụng sut Cho mch in xoay chiu cú biu thc in ỏp v dũng in ( ) ( )( ) ( )0 u u0 i iu U cos t V U 2cos t Vi I cos t A I 2cos t A= + = += + = + Cụng sut ca mch c cho bi P = U.I.cos, vi = u i l lch pha ca u v i. 2) in nng tiờu th ca mch in in nng tiờu th ca mch in l W = P.t, vi t l thi gian dũng in chy trong mch, n v giõy, (s). Vớ d . Cho mch in xoay chiu RLC ni tip cú L = 1/ (H). Biu thc in ỏp v dũng in trong mch l = + = + u 120 2cos 100t V6i 2 2cos 100t A3 a) Tớnh giỏ tr ca in tr R. b) Tớnh cụng sut tiờu th ca mch in. c) Tớnh in nng m mch tiờu th trong 1 gi. Hng dn gii: a) Tng tr v lch pha ca u, i trong mch l ( )22 2L CL CR Z Z 60Z 60 Z Z 1tan6 3 66 R3+ == = = = = Gii h trờn ta c 2 2 2C LR 3R 60R 30 3 .RZ Z3+ = = = b) Cụng sut tiờu th ca on mch l P UIcos 120.2.cos 120 3 W.6 = = = c) in nng mch tiờu th trong 1 gi (hay 3600 s) l W P.t 120 3.3600 432 3 kJ.= = = II. H S CễNG SUT 1) Khỏi nim h s cụng sut i lng cos trong cụng thc tớnh cụng sut P = UIcos c gi l h s cụng sut ca mch in xoay chiu. 2) Cụng thc tớnh h s cụng sut a) Theo khỏi nim h s cụng sut ta cú 0 0P 2PcosUI U I= = b) Theo gin ta cú = = = =RUI.R R Rcos cos , (*)U I.Z Z Z (*) l cụng thc tớnh giỏ tr ca h s cụng sut trong cỏc bi toỏn thng gp. 3) Biu thc tớnh cụng sut khi mch cú R Ta cú 2 2R UP UIcos UI. .IR I R P I R.Z Z= = = = = Vớ d 1: Cho mch in RL. Nu t vo hai u mch in hiu in th 220 V, tn s 50 Hz thỡ cng hiu dng ca dũng in qua mch l 2A, v lch pha so vi in ỏp gúc /4. a) Tỡm R, L. b) Tỡm cụng sut tiờu th ca mch. Hng dn gii: a) Tng tr ca mch l Z = 220/2 = 110 . O rLU rCU rLCU rRU rU rI Bi ging 4: CễNG SUT MCH IN XOAY CHIU Đặng Việt Hùng Bài giảng Dòng điện xoay chiều Mobile: 0985074831 lch pha ca u v i l /4 nờn R 1cos R Zcos 110. 55 2 .Z2= = = = Mt khỏc, mch ch cú R v L nờn u nhanh pha hn i gúc /4. Khi ú L LLZ Z 55 2 0,778tan Z R.tan 55 2 L (H)4 R 4 100 = = = = = = b) Cụng sut tiờu thu ca mch l1P UIcos 220.2. 220 2 W.2= = = Vớ d 2 : Cho mch in xoay chiu RLC cú U = 220 V, R = 100 , L = 0,5 (H), t C cú in dung thay i c. Dũng in cú tn s 50 Hz, t c iu chnh cú giỏ tr C = 105 (F). a) Tớnh tng tr ca mch. b) Tớnh cng hiu dng ca mch c) Tỡm C cng qua mch cc i. d) Tớnh h s cụng sut trong hai trng hp trờn. Hng dn gii: Ta cúLCZ L 157 100 rad/s1Z 318,5C= == = = a) Tng tr ca mch( )22L CZ R Z Z 190.= + = b) Cng hiu dng U 220I 1,16A.Z 190= = = c) T biu thc ( )22L CU 220IZR Z Z= =+ ta thy Imax thỡ Zmin hay mch cú cng hng in. Khi ú( )2 5L C221 1Z Z 0 LC 1 C 2.10 (F). L100 .0,5 = = = = = d) H s cụng sut ca mch in: Khi 5R 100C 10 (F) cos0,526.Z 190= = = = Khi 5minR RC 2.10 (F) cos 1.Z R= = = = III. CễNG SUT, H S CễNG SUT CA MT S LOI ON MCH IN THNG GP Mch ch cú R Mch ch cú L Mch ch cú C c im : 2 0 cos 1 P UI I R= = = = c im : cos 0 P 02== = c im : cos 0 P 02= = = Mch RL Mch RC Mch LC c im : 2 2L22 2LLZ R ZRcos P I RR ZZtanR= += =+= c im : 2 2C22 2CCZ R ZRcos P I RR ZZtanR= += =+= c im : L CZ Z ZP 02 = == Mch RL (cun dõy cú thờm r 0) Mch RLC (cun dõy cú thờm r 0 ) H s cụng sut 02 2 2 20 L LRR rcosR Z (R r) Z+= =+ + + Cụng sut ta nhit trờn ton mch l H s cụng sut 02 2 2 2 20 L C L L CRR rcosR (Z Z ) (R r) Z (Z Z )+= =+ + + Cụng sut ta nhit trờn ton mch l Đặng Việt Hùng Bài giảng Dòng điện xoay chiều Mobile: 0985074831 22 2LUP I (R r), I(R r) Z= + =+ + Cụng sut ta nhit trờn R l 2R2 2LUP I R, I(R r) Z= =+ + 22 2L CUP I (R r), I(R r) (Z Z )= + =+ + Cụng sut ta nhit trờn R l 2R2 2L CUP I R, I(R r) (Z Z )= =+ + Chỳ ý: - Cụng sut P = UIcos l cụng sut tiờu th trờn ton mch in, cũn cụng sut 2P I R= l cụng sut ta nhit khi mch cú in tr R, mt phn cụng sut ca mch b hao phớ di dng cụng sut ta nhit cũn phn ln l cụng sut cú ớch, khi ú 2cú ớch hao phớ cú ớchP P P UIcos P I R= + = + M 2hao phớP PI P RUcos Ucos = = T cụng thc tớnh cụng sut hao phớ trờn cho thy lm gim i cụng sut hao phớ thỡ ngi ta tỡm cỏch nõng cao h s cụng sut. V trong thc t thỡ khụng s dng nhng thit b m cú h s cụng sut cos < 0,85. - Hiu sut ca mch in (thit b tiờu th in) l cú ớchPH .100%P= Vớ d 1: Mt mch in gm mt cun dõy cú t cm L = 0,5/ (H), mt t in cú in dung C = 104/ (F) v mt in tr thun R = 50 mc nh hỡnh v. in tr cun dõy nh khụng ỏng k. in ỏp gia hai u on mch AB cú tn s f = 50 Hz v cú giỏ tr hiu dng U = 100 V. a) Tớnh tng tr v cụng sut tiờu th ca on mch. b) Tớnh lch pha ca in ỏp gia hai im A v N i vi in ỏp gia hai im M v B. Hng dn gii: a) Ta cú: L C1 100, Z L 50, Z 100.C= = = = = Tng tr ca mch ( )22L CZ R Z Z 50 2 .= + = Cng hiu dng ca mchU 100I 2 AZ50 2= = = Cụng sut tiờu th ca mch l P = I2R = 2.50 = 100 W. b) lch pha ca uAN v i tha món ANLAN AN u iZ50 tan1 R 50 4 4= = = = = lch pha ca in ỏp hai im MB v i tha món MBL CAN MB u iZ Z50 tan 0 0 2 2= = = = Theo cụng thc chng pha ta cú lch pha gia hai im AN vi hai im MB l ( )( )AN MB AN MBu u u i u i 3 4 2 4 = = = Vớ d 2: Mt mch in AB gm mt in tr thun R = 50 , mc ni tip vi mt cun dõy cú t cm L = 1/ (H) v in tr hot ng r = 50 . in ỏp hai u mch l( )=ABu 100 2cos 100t V. a) Tớnh tng tr ca on mch. b) Vit biu thc cng dũng in tc thi i qua on mch v biu thc in ỏp tc thi hai u cun dõy. c) Tớnh cụng sut ta nhit trờn in tr, ca cun dõy v ca on mch. d) Mun cho cng dũng in tc thi cựng pha vi in ỏp tc thi hai u on mch thỡ phi mc ni tip thờm vo on mch núi trờn mt t in cú in dung C bng bao nhiờu ? Tớnh cụng sut ta nhit ca on mch in lỳc ú. Hng dn gii : a) Ta cú cm khỏng ca mch ZL = L = 100 . Tng tr ca mch ( )22 2 2LZ R r Z 100 100 100 2 .= + + = + = b) Vit biu thc ca i v ud Gi biu thc cng dũng in trong mch l i = I0cos(100t + i) A. Đặng Việt Hùng Bài giảng Dòng điện xoay chiều Mobile: 0985074831 Ta cú ooLu i iU100 2I 1AZ100 2i cos 100t A.4Z100 tan 1 rad.R r 100 4 4= = = = = = = = = = + Tng tr ca cun dõy2 2 2 2d LZ r Z 50 100 50 5 .= + = + = in ỏp cc i hai u cun dõy l0d 0 dU I .Z 1.50 5 50 5V.= = = lch pha ca ca ud v i tha món d dLr 1tan 0,46rad.Z 2= = M d dd u i u d i 0,46 u 50 5cos 100t 0,46 V4 4 = = + = = + c) Tớnh cụng sut tiờu th Trờn in tr R :220RIP I R R 25W.2= = = Trờn cun dõy cú in tr r :220dIP I r r 25W.2= = = Trờn ton mch :( ) ( )220IP I R r R r 50W.2= + = + = d) Khi mc thờm vo mch mt t cú in dung C thỡ lch pha ca u v i tha món L CZ ZtanR r=+ u v i cựng pha thỡ 42L C21 100 Z ZLC 1 C FL= = = = = Khi ú thỡ xy ra hin tng cng hng in v cng hiu dng ca dũng in t giỏ tr cc i nờn cụng sut ta nhit ca mch cng t giỏ tr cc i ( )( )( )2 22max max2U UP I R r R r 100W.R rR r= + = + = =++ Vớ d 3: Cho mch in RLC cú= =410R 100 3 , C (F),2 cun dõy thun cm cú t cm L thay i c. in ỏp gia hai u on mch l u = 200cos(100t) V. Xỏc nh t cm ca cun dõy khi a) h s cụng sut ca mch cos = 1. b) h s cụng sut ca mch =3cos .2 Hng dn gii : T gi thit ta cú ZC = 200 . Ta cú cụng thc tớnh h s cụng sut 2 2L CR RcosZR (Z Z )= =+ a) Khi L C L2cos 1 R Z Z Z 0 Z 200 L (H).= = == = b) Khi 2 2 2 2 2L C L C3 R Rcos 4R 3Z 4R 3R 3(Z Z ) Z Z 100.2 Z3= = = = + = = T ú ta tỡm c hai giỏ tr ca ZL l ZL = 100 v ZL = 300 , tng ng vi cỏc giỏ tr L = 1/ (H), L = 3/ (H). Vớ d 4: (Trớch thi TSH 2010) t in ỏp xoay chiu cú giỏ tr hiu dng v tn s khụng i vo hai u on mch gm bin tr R mc ni tip vi t in cú in dung C. Gi in ỏp hiu dng gia hai u t in, gia hai u bin tr v h s cụng sut ca on mch khi bin tr cú giỏ tr R1 ln lt l UC1, UR1 v cos1; khi bin tr cú giỏ tr R2 thỡ cỏc giỏ tr tng ng núi trờn l UC2, UR2 v cos2. Bit UC1 = 2UC2, UR2 = 2UR1. Giỏ tr ca cos1 v cos2 l A. 1 21 1cos , cos .5 3= = B. 1 21 2cos , cos .3 5= = C. 1 21 2cos , cos .5 5= = D. 1 21 1cos , cos .2 2 2= = Hng dn gii: Đặng Việt Hùng Bài giảng Dòng điện xoay chiều Mobile: 0985074831 Do in ỏp hai u mch khụng thay i trong hai trng hp ca R nờn ta cú C C R R11 2 1 11 1 2 2 1 1 12U 2U ,U 2UC2 2 2 2 2 2 2 2R C R C R C R C1 R1UU U U U U U U 4U U 2U4= == + = + + = + = 11 1 12 1R112 2R C RR R2UR 1cosZ U5U U U 5UU 2U2cosU U5= = = = + = = = = Vy chn C ỳng. . 1 12U 2U ,U 2UC2 2 2 2 2 2 2 2R C R C R C R C1 R1UU U U U U U U 4U U 2U4= == + = + + = + = 11 1 12 1R1 12 2R C RR R2UR 1cosZ U5U U U 5UU 2U2cosU U5= =. Bài giảng Dòng điện xoay chiều Mobile: 0985074831 22 2LUP I (R r), I(R r) Z= + =+ + Cụng sut ta nhit trờn R l 2R2 2LUP I R, I(R r) Z= =+ + 22 2L CUP