"Các mạch điện xoay chiều" là bài học lý thuyết nền tảng quan trọng đặc biệt xuyên suốt chương loại điện chuyển phiên chiều của chương trình Vật lí lớp 12. Bài học này, hsnovini.com sẽ hỗ trợ kiến thức hệ thống để phục vụ cho quá trình học những bài tiếp theo sau của các em.

Bạn đang xem: Các mạch điện xoay chiều


BÀI 13. CÁC MẠCH ĐIỆN luân chuyển CHIỀU

I. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM

1. Độ lệch pha

Biểu thức tổng thể của năng lượng điện áp tức thời thân hai đầu của một đoạn mạch với cường độ loại điện ngay lập tức trong mạch là: u = U0cos(wt + j) và i = I0coswt, trong các số ấy đại lượng j được điện thoại tư vấn là độ lệch sóng giữa u với i.

Nếu j > 0 ta nói u sớm trộn j đối với i.Nếu j trường hợp j = 0 ta nói u cùng pha j với i.

2. Mạch điện chỉ có điện trở R

Định điều khoản Ôm mang lại đoạn mạch chỉ đựng điện trở R: độ mạnh hiệu dụng vào mạch năng lượng điện xoay chiều chỉ có điện trở có giá trị bởi thương số giữa năng lượng điện áp hiệu dụng cùng điện trở của mạch

Biểu thức: (I=fracUR)

Cường độ tức tốc trong mạch cùng pha với năng lượng điện áp tức thời nhì đầu mạch.

3. Mạch điện chỉ tất cả tụ điện

+ Dung kháng: là đại lượng biểu lộ sự cản trở loại điện chuyển phiên chiều của tụ điện.

Công thức: (Z_C=frac1omega C)

Ý nghĩa:

Nếu C càng khủng thì ZC càng nhỏ và loại điện xoay chiều bị ngăn cản càng ít.Nếu tần số góc càng to thì ZC càng nhỏ, cái điện chuyển phiên chiều ít bị cản trở.Dung kháng có công dụng làm mang đến i sớm trộn p/2 so với u.

+ Định phương pháp Ôm mang lại đoạn mạch chỉ cất tụ điện: độ mạnh hiệu dụng vào mạch điện xoay chiều chỉ chứa tụ điện có mức giá trị bởi thương số giữa điện áp hiệu dụng cùng dung phòng của mạch

Biểu thức: (I=fracUZ_C)

Cường độ ngay tức khắc trong mạch điện chỉ cất tụ sớm pha p/2 so với điện áp tức thời nhì đầu tụ năng lượng điện (hoặc năng lượng điện áp ở hai đầu tụ trễ trộn p/2 đối với cường độ mẫu điện).

4. Mạch điện chỉ có cuộn cảm thuần

+ Dung kháng: là đại lượng đặc thù cho sự cản trở mẫu điện luân phiên chiều của cuộn cảm.

Công thức: ZL = wL

Ý nghĩa:

Nếu L càng phệ thì ZL càng phệ và loại điện luân chuyển chiều bị cản trở càng nhiều.Nếu tần số góc càng phệ thì ZL càng lớn, chiếc điện luân chuyển chiều bị cản ngăn nhiều.Cảm phòng có công dụng làm đến i trễ pha p/2 so với u.

+ Định phép tắc Ôm đến đoạn mạch chỉ đựng cuộn cảm: độ mạnh hiệu dụng vào mạch năng lượng điện xoay chiều chỉ đựng cuộn cảm có mức giá trị bằng thương số giữa điện áp hiệu dụng cùng cảm phòng của mạch

Biểu thức: (I=fracUZ_L)

Cường độ ngay tức thì trong mạch điện chỉ cất cuộn cảm trễ pha p/2 so với điện áp tức thời hai đầu cuộn cảm (hoặc năng lượng điện áp ở nhì đầu cuộn cảm sớm pha p/2 so với cường độ chiếc điện).

II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP

MẠCH CHỈ CÓ R

(Điện trở)

MẠCH CHỈ CÓ L

(Cuộn dây thuần cảm)

MẠCH CHỈ CÓ C

(Tụ điện)

Tổng trở

Z = R

(Z=Z_L=omega L)

(ZL: Cảm kháng)

(Z=Z_C=frac1omega C)

(ZC: Dung kháng)

Quan hệ pha giữa u và i

(varphi _u=varphi _i)

(varphi _u=varphi _i+fracpi 2)

(varphi _u=varphi _i-fracpi 2)

Giản thứ véctơ

Biểu thức định lao lý Ôm

(U_R=I.R)

(U_L=I.Z_L)

(U_C=I.Z_C)

Quan hệ tức thời

(i=fracuR)

(left( fraciI_0 ight)^2+left( fracuU_0 ight)^2=1)

(left( fraciI_0 ight)^2+left( fracuU_0 ight)^2=1)

Chú ý

Dụng cố gắng đo năng lượng điện (ampe kế, vôn kế) đo giá tốt trị hiệu dụng:

*

III. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA

Câu C1 (trang 67 SGK đồ vật lí 12):

Hãy nói lại những định nghĩa của u, U0 cùng U

Trả lời:

Điện áp tức khắc xoay chiều là điện áp đổi thay thiên tuần trả với thời hạn theo quy chính sách của hàm số sin xuất xắc cosin.Điện áp cực lớn là giá bán trị bự nhất luôn luôn dương khi hàm cos tuyệt sin bằng 1.Điện áp hiệu dụng là quý giá của điện áp hiện thị trên vôn kế (bằng điện áp cực đại chia (sqrt2)).

Câu C2 (trang 68 SGK vật dụng lí 12):

Phát biểu định khí cụ Ôm đối với dòng điện một chiều qua 1 dây dẫn.

Trả lời:

Cường độ mẫu điện sang 1 dây dẫn thì tỉ trọng thuận với năng lượng điện áp nhị đầu dây dẫn và tỉ lệ nghịch với năng lượng điện trở của dây dẫn.

Câu C3 (trang 68 SGK thiết bị lí 12):

Dòng điện trên hình 13.4 (SGK) có “chạy qua” nhị tấm của tụ điện không? phương pháp của dòng điện ấy như vậy nào?

Trả lời:

Dòng năng lượng điện trong mạch hình 13.4 bao gồm tụ điện là dòng điện tích dịch rời từ bạn dạng dương (+ q) sang bản âm (- q) sinh sống phía kế bên tụ điện, cho nên dòng điện không chạy qua nhị tấm của tụ điện.

Câu C4 (trang 70 SGK thiết bị lí 12):

Chứng minh rằng đại lượng (Z_C=frac1omega C) có đơn vị chức năng là ôm (đơn vị của điện trở)

Trả lời:

Từ công thức (Z_C=frac1omega C) ta có đơn vị của ZC là: (frac1F.frac1s=frac1fracCV.frac1s=fracV.sC=fracV.sA.s=fracVA=Omega)

Câu C5 (trang 71 SGK đồ lí 12):

Chứng minh hệ thức sau đây giữa điện áp u ở nhì đầu cuộn cảm và cái điện i chạy qua cuộn cảm đó (H.13.5): (u_AB=ri+Lfracdidt)

Trả lời:

Theo định dụng cụ Ôm mang đến đoạn mạch AB: uAB = r.i – e cùng với e là suất điện rượu cồn tự cảm.

Ta được: (u_AB=ri+Lfracdidt)

Câu C6 (trang 72 SGK đồ dùng lí 12):

Chứng minh rằng ZL = ωL có đơn vị chức năng của điện trở

Trả lời:

Từ công thức ZL = ωL ta có đơn vị chức năng của ZL là: (H.frac1s=fracV.sAcdot frac1s=fracVA=Omega)

IV. CÂU HỎI – BÀI TẬP

Bài 1 (trang 74 SGK đồ gia dụng Lí 12):

Phát biểu định biện pháp Ôm của cái điện chuyển phiên chiều so với mạch chỉ có

a) một tụ điện

b) một cuộn cảm thuần

Lời giải:

a) Định chế độ Ôm mang đến đoạn mạch chỉ chứa tụ điện: độ mạnh hiệu dụng vào mạch điện xoay chiều chỉ chứa tụ điện có giá trị bằng thương số giữa điện áp hiệu dụng cùng dung chống của mạch

Biểu thức: (I=fracUZ_C)

b) Định luật Ôm cho đoạn mạch chỉ chứa cuộn cảm: cường độ hiệu dụng trong mạch năng lượng điện xoay chiều chỉ chứa cuộn cảm có mức giá trị bằng thương số giữa năng lượng điện áp hiệu dụng cùng cảm chống của mạch

Biểu thức: (I=fracUZ_L)

Bài 2 (trang 74 SGK thiết bị Lí 12):

So sánh công dụng cản trở chiếc điện xoay chiều bộc lộ trong

a) ZC

b) ZL

Lời giải:

a) (Z_C=frac1omega C)

b) ZL = wL

Nếu C càng lớn thì ZC càng nhỏ và loại điện luân chuyển chiều bị cản ngăn càng ít.

Nếu L càng khủng thì ZL càng béo và cái điện xoay chiều bị ngăn trở càng nhiều.

Nếu tần số góc càng mập thì ZC càng nhỏ, cái điện luân chuyển chiều không nhiều bị cản trở.

Nếu tần số góc càng to thì ZL càng lớn, chiếc điện xoay chiều bị cản trở nhiều.

Bài 3 (trang 74 SGK đồ vật Lí 12):

Điện áp thân hai đầu của một tụ năng lượng điện : (u=100sqrt2cos100pi t,,left( V ight).) độ mạnh hiệu dụng vào mạch I = 5 A.

a) xác định C.

b) Viết biểu thức của i.

Lời giải:

a) Theo định phép tắc Ôm trong mạch chỉ cất tụ điện ta có: (Z_C=fracUI=fracU_0Isqrt2=frac100sqrt25sqrt2=20,Omega)

(Rightarrow C=frac1omega Z_C=frac1100pi .20=frac10^-32pi ,F)

b) trong đoạn mạch chỉ gồm tụ năng lượng điện thì i mau chóng pha rộng u một góc π/2 cần ta có:

(i=I_0cosleft( 100pi t+fracpi 2 ight)=5sqrt2cosleft( 100pi t+fracpi 2 ight),A.)

Bài 4 (trang 74 SGK đồ Lí 12):

Điện áp giữa hai đầu của một cuộn cảm thuần:

(u=100sqrt2cos100pi t,,left( V ight).)

Cường độ hiệu dụng trong mạch I = 5 A.

a) khẳng định L.

b) Viết biểu thức của i.

Lời giải:

a) Theo định lý lẽ Ôm trong mạch chỉ chứa cuộn cảm ta có: (Z_L=fracUI=fracU_0Isqrt2=frac100sqrt25sqrt2=20,Omega)

(Rightarrow L=fracZ_Lomega =frac20100pi =frac15pi ,H)

b) trong đoạn mạch chỉ gồm tụ năng lượng điện thì i trễ pha rộng u một góc π/2 đề nghị ta có:

(i=I_0cosleft( 100pi t-fracpi 2 ight)=5sqrt2cosleft( 100pi t-fracpi 2 ight),A.)

Bài 5 (trang 74 SGK thiết bị Lí 12):

Chứng minh rằng, khi hai cuộn cảm thuần L1 và L2 mắc nối tiếp trong một mạch điện xoay chiều thì cuộn cảm tương tự có cảm kháng mang đến bởi: ZL = (L1 + L2)ω

Lời giải:

Gọi i = I0cosωt (A) thuộc dòng điện qua mạch điện.

Vì L1 tiếp nối L2 đề xuất u = u1 + u2; I1 = I2 = I.

Các điện áp nhì đầu L1 với L2 phần đông nhanh pha hơn i một góc π/2

⇒ U = U1 + U2 = I. ZL1 + I.ZL2 = I.(ZL1 + ZL2) = I.(L1.ω + L2.ω)

⇒ Tổng trở của mạch: (Z=fracUI=fracI.left( L_1.omega +L_2.omega ight)I=L_1.omega +L_2.omega)

Vậy ZL = (L1 + L2)ω

Bài 6 (trang 74 SGK thứ Lí 12):

Chứng minh rằng, khi hai tụ năng lượng điện C1 với C2 mắc thông suốt thì năng lượng điện dung tương tự có dung kháng: (Z_C=frac1omega C) (frac1C=frac1C_1+frac1C_2)

Lời giải:

Gọi i = I0cosωt (A) thuộc dòng điện qua mạch điện.

Vì C1 thông liền C2 bắt buộc u = u1 + u2; I1 = I2 = I,

Các năng lượng điện áp nhị đầu C1 với C2 số đông chậm pha rộng i một góc π/2 và có giá trị hiệu dụng:

(U_C1=I.Z_C1=fracIomega C_1;,,U_C2=I.Z_C2=fracIomega C_2)

Nên (U=U_C1+U_C2=fracIomega C_1+fracIomega C_2=fracIomega left( frac1C_1+frac1C_2 ight))

⇒ Tổng trở của mạch: (Z=fracUI=fracfracIomega left( frac1C_1+frac1C_2 ight)I=frac1omega left( frac1C_1+frac1C_2 ight))

Vậy (Z=Z_C=frac1omega C) với (frac1C=frac1C_1+frac1C_2)

Bài 7 (trang74 SGK vật Lí 12):

Một đoạn mạch chứa một vài tụ điện gồm điện dung tương đương C, để vào hai đầu đoạn mạch năng lượng điện áp liền u = U0cosωt (V). độ mạnh hiệu dụng vào mạch là bao nhiêu?

A. (fracU_0Comega ) B. (fracU_0sqrt2Comega ) C. U0Cw. D. (fracU_0sqrt2Comega .)

Lời giải: chọn D.

Cường độ hiệu dụng vào mạch là : (I=fracUZ_C=fracfracU_0sqrt2frac1omega C=fracU_0sqrt2Comega .)

Bài 8 (trang 74 SGK vật Lí 12):

Đoạn mạch đựng một cuộn cảm thuần L, đặt vào nhì đầu đoạn mạch năng lượng điện áp ngay tắp lự u = U0cosωt(V) thì độ mạnh hiệu dụng vào mạch là bao nhiêu?

A. (fracU_0Lomega ) B. (fracU_0sqrt2Lomega ) C. U0Lw. D. (fracU_0sqrt2Lomega .)

Lời giải: chọn B.

Cường độ hiệu dụng vào mạch là : (I=fracUZ_L=fracfracU_0sqrt2omega L=fracU_0sqrt2Lomega )

Bài 9 (trang 74 SGK đồ gia dụng Lí 12):

Điện áp (u=200sqrt2cos100pi t,,left( V ight)) để vào nhị đầu một cuộn dây cảm thuần thì tạo thành dòng điện có cường độ hiệu dụng I = 2A. Cảm kháng có giá trị là bao nhiêu?

A. 100 W. B. 200 W. C. (100sqrt2,Omega .) D. (200sqrt2,Omega .)

Lời giải: lựa chọn A.

Xem thêm: Hoàn Công - Quy Trình Làm Hồ Sơ

Cảm kháng có mức giá trị là: (Z_L=fracUI=fracU_0Isqrt2=frac200sqrt22sqrt2=100,Omega .)

Hy vọng bài học kinh nghiệm này giúp các em nạm rõ kiến thức và kỹ năng về các mạch năng lượng điện xoay chiều để sẵn sàng cho bài học trên lớp.