Bài giảng Vật lý Lớp 12 - Bài 13: Các mạch điện xoay chiều

CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU 
BÀI 13: 
Các thiết bị tiêu thụ điện mặc dù có rất nhiều nhưng có thể được phân thành ba loại: Điện trở Tụ điện Cuộn cảm. 
C ác loại linh kiện trên tương ứng trong các hình sau: 
L 
R 
C 
Điện trở (R) 
Tụ Điện (C) 
Cuộn cảm (L) 
 là độ lệch pha giữa điện áp u và dòng điện i: 
 - Nếu b iểu thức dòng điện: 
 - B iểu thức điện áp sẽ là: 
Mạch tiêu thụ 
 
u 
i 
 > 0 thì u sớm pha so với i 
 = 0 thì u cùng pha với i 
Nếu: 
* Độ lệch pha giữa điện áp và cường độ dòng điện 
BÀI 13: CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU 
 < 0 thì u trễ pha so với i 
I. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ ĐIỆN TRỞ 
 Mạch điện 
 
 R 
u 
i 
A 
B 
1. Quan hệ giữa điện áp và cường độ dòng điện: 
- Kết luận về pha: 
- Điện áp hai đầu đoạn mạch: 
- Cường độ dòng điện trong mạch: 
 Hãy nhận xét về pha của điện áp và cường độ dòng điện trong đoạn mạch chỉ có điện trở? 
Đặt 
u và i cùng pha 
2. Định luật Ôm 
R là điện trở của mạch ( ) 
U là điện áp hiệu dụng (V) 
I là cường độ dđ hiệu dụng (A) 
* Biểu thức: 
 Giản đồ vectơ: 
O 
U 
I 
* Nội dung: 
 Cường độ hiệu dụng trong mạch điện xoay chiều chỉ có 
điện trở có giá trị bằng thương số giữa điện áp hiệu 
 dụng và điện trở của mạch. 
Đặt 
Đ 1 
C 
A 
K 
B 
D 
Đ 2 
Đ 1 
C 
A 
K 
B 
D 
Đ 2 
~ 
ξ 
C 
C 
II. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN 
Thí nghiệm như hình vẽ: 
-Với dòng điện 1 chiều? 
-Với dòng điện x/c ? 
1. Thí nghiệm 
 - Tụ điện không cho dòng điện 1 chiều qua nó 
- Tụ điện cho dòng điện xoay chiều đi qua nhưng có tác dụng cản trở, gây ra dung kháng Z c 
b. Kết quả thí nghiệm 
(H.a) 
(H.b) 
Nguồn 1 chiều 
Nguồn xoay chiều 
+ Điện áp giữa hai bản tụ điện: 
+ Điện tích của tụ điện: 
+ Cường độ dòng điện trong mạch 
Đặt: 
* Kết luận về pha: u trễ pha so với i 
- Biểu thức: 
* Định luật Ôm: 
Z C là dung kháng ( ); C: Điện dung (F) 
 Cường độ hiệu dụng trong mạch chỉ chứa 
 tụ điện có giá trị bằng thương số của điện áp hiệu 
 dụng giữa 2 đầu mạch và dung kháng của mạch. 
 U là điện áp hiệu dụng (V) 
I là cường độ hiệu dụng (A) 
Dung kháng: 
* Giản đồ vectơ: 
O 
I 
U C 
- Nội dung: 
3. Ý nghĩa của dung kháng 
- Dung kháng đặc trưng cho tính cản trở dòng xoay chiều của tụ điện. 
- Dung kháng gây ra sự chậm pha /2 của điện áp (u) so với cường độ dòng điện (i) 
- Dòng điện có tần số càng cao thì dung kháng càng nhỏ, dòng điện ít bị cản trở. 
- C càng lớn thì Z C càng nhỏ, dòng điện xoay chiều bị cản trở ít 
Đ 1 
C 
A 
K 
B 
D 
Đ 2 
L , r=0 
Đ 1 
C 
A 
K 
B 
D 
Đ 2 
L, r=0 
~ 
III. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ CUỘN CẢM THUẦN 
 1. Hiện tượng tự cảm trong mạch điện xoay chiều 
b. Kết quả thí nghiệm 
- Cuộn cảm cho dòng điện một chiều đi qua và không cản trở dòng một chiều 
- Cuộn cảm cho dòng xoay chiều đi qua nhưng có tính cản trở gây ra , cảm kháng của mạch Z L 
ξ 
Thí nghiệm như hình vẽ: 
-Với dòng điện 1 chiều? 
-Với dòng điện x/c ? 
Nguồn 1 chiều 
Nguồn xoay chiều 
2. Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ chứa cuộn cảm thuần 
 - Cường độ dòng điện trong mạch: 
 
L 
i 
u 
Điện áp giữa hai đầu cuộn cảm thuần:e=-Li’ (t) 
 u=-e=Li’ (t) 
* Kết luận về pha: 
u sớm pha /2 so với i 
* Định luật Ôm 
- Nội dung: 
- Biểu thức: 
Z L là cảm kháng ( ) 
U là điện áp hiệu dụng (V) 
I là cường độ hiệu dụng (A) 
L là độ tự cảm (H)(henri) 
I 
U L 
o 
 Trong mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần, 
cường độ hiệu dụng có giá trị bằng thương số của điện áp hiệu dụng và cảm kháng của mạch. 
* Giản đồ vectơ: 
Đặt: 
3. Ý nghĩa của cảm kháng 
 - Đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện xoay chiều của cuộn cảm 
- Gây ra cho điện áp sớm pha /2 so với cường độ dòng điện 
III. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ CUỘN CẢM THUẦN 
 - Dòng điện có tần số càng cao thì cảm kháng càng lớn, tức là càng khó đi qua. 
Khi 
Mạch 
Chỉ có điện trở thuần R 
Chỉ có tụ điện C 
Chỉ có cuộn cảm thuần L 
Điện trở 
Biểu thức 
định luật Ôm 
Độ lệch pha 
giữa u, i 
Biểu thức u, i 
R 
L 
C 
Đặc điểm của các mạch chỉ có R hoặc L hoặc C 
u,i cùng pha 
u trễ pha so với i 1 góc 
u sớm pha so với i 1 góc 
R 
VẬN DỤNG 
A. i cùng pha với u 	 
B. i sớm pha hơn u một góc 	 
C. u luôn sớm pha hơn i 	 
D. i trễ pha hơn u một góc 	 
Câu1. Phát biểu nào sau đây là đúng đối với mạch điện xoay chiều chỉ chứa tụ điện 
	 A. Dòng điện sớm pha hơn điện áp một góc π / 4. 
	B. Dòng điện sớm pha hơn điện áp một góc π / 2. 
	C. Dòng điện trễ pha hơn điện áp một góc π / 2. 
	D. Dòng điện trễ pha hơn điện áp một góc π / 4 
Câu 2. Trong mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở R thì 
VẬN DỤNG 
Câu 3 . Đặt vào hai đầu tụ điện có điện dung C= 10 -4 / π (F) một điện áp xoay chiều tần số 100 Hz , dung kháng của tụ là 
 A. 200 Ω B. 100 Ω 
	 C. 50 Ω D. 25 Ω 
Câu 4. Đặt vào hai đầu cuộn cảm thuần L = (H) một điện áp (V) 
a, Cảm kháng của cuộn cảm là 
 A. Z L = 40 Ω 	B. Z L = 20 Ω 
 C. Z L = 10 Ω 	D. Z L = 30 Ω 
b, C­ường độ dòng điện qua cuộn cảm là 
 A. I = 15 A B. I = 15 A 
 C. I = 10A D. I = 1,5 A 
Câu5. 
Đặt vào 2 đầu cuộn dây thuần cảm một điện áp có 
biểu thức (V) 
a. Tính cảm kháng của mạch? 
b. Tính cường độ dòng điện hiệu dụng của mạch? 
c. Viết biểu thức cường độ dòng điện qua mạch? 
VẬN DỤNG 
a. Tính dung kháng của mạch. 
b. Tính cđộ dòng điện hiệu dụng của mạch. 
c. Viết biểu thức cường độ dòng điện qua mạch . 
GIẢI 
ĐÁP ÁN