có c ng khác nhau.
Trang 1Lý thuy t V t Lý l p 12 HKI
Trang
Ch ng I DAO NG VÀ SÓNG C H C
A LÝ THUY T
1 DAO NG I U HOÀ
* Dao ng, dao ng tu n hoàn, dao ng i u hòa
+ Dao ng c là chuy n ng qua l i c a v t quanh 1 v trí cân b ng
+ Dao ng tu n hoàn là dao ng mà sau nh ng kho ng th i gian b ng nhau, g i là chu kì, v t tr l i v t
tr l i v trí c theo h ng c
+ Dao ng i u hòa là dao ng trong ó li c a v t là m t hàm côsin (hay sin) c a th i gian
* Ph ng trình c a dao ng i u hòa
+ Ph ng trình dao ng: x = Acos(ωt + ϕ)
Trong ó:
A là biên dao ng (A > 0) Nó là li c c i c a v t
(ωt + ϕ) là pha c a dao ng t i th i i m t; n v rad
ϕ là pha ban u c a dao ng; n v rad
+ i m P dao ng i u hòa trên m t o n th ng luôn luôn có th d c coi là hình chi u c a m t i m M chuy n ng tròn u trên ng kính là o n th ng ó
* Chu k , t n s và t n s góc c a dao ng i u hoà
+ Chu kì (kí hi u T) c a dao ng i u hòa là kho ng th i gian th c hi n m t dao ng toàn ph n; n
v giây (s)
+ T n s (kí hi u f) c a dao ng i u hòa là s dao ng toàn ph n th c hi n c trong m t giây; n v héc (Hz)
+ ω trong ph ng trình x = Acos(ωt + ϕ) c g i là t n s góc c a dao ng i u hòa; n v rad/s + Liên h gi a ω, T và f: ω =
T
π
2 = 2πf
* V n t c và gia t c c a v t dao ng i u hoà
+ V n t c là o hàm c a li theo th i gian:
v = x' = - ωAsin(ωt + ϕ) = ωAsin(-ωt - ϕ) = ωAcos(ωt + ϕ +
2
π )
V n t c c a v t dao ng i u hòa bi n thiên i u hòa cùng t n s nh ng s m pha h n
2
π
so v i v i li
c a dao ng i u hòa
- v trí biên (x = ± A), v n t c b ng 0
- v trí cân b ng (x = 0), v n t c có l n c c i : vmax = ωA
+ Gia t c là o hàm c a v n t c theo th i gian:
a = v' = x’’ = - ω2Acos(ωt + ϕ) = - ω2x Gia t c c a v t dao ng i u hòa bi n thiên i u hòa cùng t n s nh ng ng c pha v i li (s m pha 2
π
so v i v n t c)
Véc t gia t c c a v t dao ng i u hòa luôn h ng v v trí cân b ng và t l v i l n c a li
- v trí biên (x = ± A), gia t c có l n c c i : amax = ω2A
- v trí cân b ng (x = 0), gia t c b ng 0
+ th c a dao ng i u hòa là m t ng hình sin
2 CON L C LÒ XO
* Con l c lò xo
+ Con l c lò xo g m m t lò xo có c ng k, có kh i l ng không áng k , m t u g n c nh, u kia
g n v i v t n ng kh i l ng m c t theo ph ng ngang ho c treo th ng ng
+ Con l c lò xo là m t h dao ng i u hòa
+ Ph ng trình dao ng: x = Acos(ωt + ϕ)
+ V i: ω =
mk ; A = 2 0 2
0 + ω
v
x ; ϕ xác nh theo ph ng trình cosϕ =
A
xo (l!y nghi m (-) n u vo > 0; l!y nghi m (+) n u vo < 0)
Trang 2Lý thuy t V t Lý l p 12 HKI
Trang
+ Chu kì dao ng c a con l c lò xo: T = 2π
k
m + L c gây ra dao ng i u hòa luôn luôn h ng v v trí cân b ng và c g i là l c kéo v hay l c h i ph"c L c kéo v có l n t l v i li và là l c gây ra gia t c cho v t dao ng i u hòa
Bi u th c tính l c kéo v : F = - kx
* N ng l ng c a con l c lò xo
+ ng n#ng : W =
2
1mv2 =
2
1 mω2A2sin2(ωt+ϕ) =
2
1 kA2sin2(ωt + ϕ)
+ Th n#ng: Wt =
2
1
kx2 = 2
1
k A2cos2(ωt + ϕ)
ng n#ng và th n#ng c a v t dao ng i u hòa bi n thiên i u hoà v i t n s góc ω’ = 2ω, t n s f’ = 2f và chu kì T’ =
2
T + C n#ng: W = Wt + W =
2
1k A2 =
2
1 mω2A2 = h ng s
C n#ng c a con l c t l v i bình ph ng biên dao ng
C n#ng c a con l c c b o toàn n u b$ qua m i ma sát
3 CON L C N
* Con l c n
+ Con l c n g m m t v t n ng treo vào m t s i dây không giãn, v t n ng có kích th c không áng k
so v i chi u dài s i dây, còn s i dây có kh i l ng không áng k so v i kh i l ng c a v t n ng
+ Khi dao ng nh$ (sinα ≈ α (rad)), con l c n dao ng i u hòa v i ph ng trình:
s = Socos(ωt + ϕ) ho c α = αo cos(ωt + ϕ); v i α =
l
s ; αo =
l
So
+ Chu k%, t n s , t n s góc: T = 2π
gl ; f =
π 2
1 l
g
; ω =
l
g
+ L c kéo v khi biên góc nh$: F = - s
l mg
+ Xác nh gia t c r i t do nh con l c n : g = 2
2 4 T
l π + Chu kì dao ng c a con l c n ph" thu c cao, v& a lí và nhi t môi tr ng vì gia t c r i t do ph" thu c vào cao so v i m t !t và v& a lí trên Trái !t, còn chi u dài con l c ph" thu c vào nhi t môi tr ng
* N ng l ng c a con l c n
+ ng n#ng : W =
2
1mv2
+ Th n#ng: Wt = mgl(1 - cosα) =
2
1mglα2
+ C n#ng: W = Wt + W = mgl(1 + cosα0) =
2
1 mglα2
0
C n#ng c a con l c n c b o toàn n u b$ qua m i ma sát
* Con l c n ch u tác d ng thêm l c khác ngoài tr ng l c
+ Tr ng l c bi u ki n : P→' = →P + →F
+ Gia t c r i t do bi u ki n : g→' = →g +
m F
→
Chu kì dao ng c a con l c n khi ó : T = 2π
'
gl
Trang 3Lý thuy t V t Lý l p 12 HKI
Trang
+ Các l c tác d"ng thêm lên con l c n ngoài tr ng l c th ng là:
L c quán tính : F→ = - m→a
L c i n tr ng : F→ = qE→
L c 'y Acsimet : →F = - DV→g
+ Các tr ng h p c bi t :
→
F có ph ng ngang thì g’ = 2 ( )2
m
F
g + Khi ó v trí cân b ng m i l ch v i ph ng th ng ng góc
α có : tanα =
P
F
→
F có ph ng th ng ng h ng lên thì g’ = g -
m
F
→
F có ph ng th ng ng h ng xu ng thì g’ = g +
m
F
* Dao ng t t d n
+ Khi không có ma sát, con l c dao ng i u hòa v i t n s riêng T n s riêng c a con l c ch ph" thu c vào các c tính c a con l c
+ Dao ng có biên gi m d n theo th i gian g i là dao ng t t d n Nguyên nhân làm t t d n dao ng
là do l c ma sát và l c c n c a môi tr ng làm tiêu hao c n#ng c a con l c, chuy n hóa d n d n c n#ng thành nhi t n#ng Vì th biên â c a con l c gi m d n và cu i cùng con l c d(ng l i
+ )ùng d"ng: Các thi t b óng c*a t ng hay gi m xóc ô tô, xe máy, … là nh ng ng d"ng c a dao
ng t t d n
* Dao ng duy trì
N u ta cung c!p thêm n#ng l ng cho v t dao ng có ma sát bù l i s tiêu hao vì ma sát mà không làm thay +i chu kì riêng c a nó thì dao ng kéo dài mãi mãi và g i là dao ng duy trì
Dao ng c a con l c ng h là dao ng duy trì
* Dao ng c ng b c
+ Dao ng ch u tác d"ng c a m t ngo i l c c ng b c tu n hoàn g i là dao ng c ng b c
+ Dao ng c ng b c có biên không d+i và có t n s b ng t n s l c c ng b c
+ Biên c a dao ng c ng b c ph" thu c vào biên c a l c c ng b c, vào l c c n trong h và vào
s chênh l ch gi a t n s c ng b c f và t n s riêng fo c a h Biên c a l c c ng b c càng l n, l c
c n càng nh$ và s chênh l ch gi a f và fo càng ít thì biên c a dao ng c ng b c càng l n
* Phân bi t dao ng c ng b c v i dao ng duy trì
+ Dao ng c ng b c là dao ng x y ra d i tác d"ng c a ngo i l c tu n hoàn có t n s góc ω b!t kì Sau giai o n chuy n ti p thì dao ng c ng b c có t n s b ng t n s c a ngo i l c
+ Dao ng duy trì c ng x y ra d i tác d"ng c a ngo i l c, nh ng ây ngo i l c c i u khi n có
t n s góc ω b ng t n s góc riêng ω0 c a dao ng t do c a h
+ Gi ng nhau: C hai u là dao ông i u hòa có t n s xác nh
+ Khác nhau: Dao ng c ng b c gây nên b i ngo i l c c l p v i h , còn dao ng duy trì là dao ng riêng c a h c bù p thêm n#ng l ng do m t l c c i u khi n b i chính dao ng !y qua m t c c!u nào ó
* C ng h ng
+ Hi n t ng biên c a dao ng c ng b c t#ng d n lên n giá tr c c i khi t n s f c a l c c ng
b c b ng t n s riêng fo c a h dao ng g i là hi n t ng c ng h ng
+ i u ki n f = f0 g i là i u ki n c ng h ng
+ c i m: L c c n môt tr ng càng nh$ thì s c ng h ng càng r$ nét (c ng h ng nh n) L c c n môi
tr ng càng l n thì s c ng h ng càng không r$ nét (c ng h ng tù)
+ Gi thích: Khi t n s c a l c c ng b c b ng t n s riêng c a h dao ng thì h c cung c!p n#ng
l ng m t cách nh p nhàng úng lúc, lúc ó biên dao ng c a h t#ng d n lên Biên dao ng t
Trang 4Lý thuy t V t Lý l p 12 HKI
Trang
t i giá tr không +i và c c i khi t c tiêu hao n#ng l ng do ma sát b ng t c cung c!p n#ng l ng cho h
+ T m quan tr ng c a hi n t ng c ng h ng:
Nh ng h dao ng nh tòa nhà, c u, b máy, khung xe, u có t n s riêng Ph i c,n th ïn không cho các h !y ch u tác d"ng c a các l c c ng b c m nh, có t n s b ng t n s riêng !y tránh s c ng
h ng, gây dao ng m nh làm gãy, +
H p àn c a àn ghi ta, viôlon, là nh ng h p c ng h ng v i nhi u t n s khác nhau c a dây àn làm cho ti ng àn nghe to, r$
5 T NG H P CÁC DAO NG I U HOÀ + M-i dao ông i u hòa c bi u di.n b ng m t véc t quay Véc t này có góc t i góc t a c a tr"c
Ox, có dài b ng biên d dao ng A, h p v i tr"c Ox m t góc ban u ϕ và quay u quanh O v i v n
t c góc ω
+ Ph ng pháp giãn Fre-nen: L n l t v/ hai véc t quay bi u di.n hai
ph ng trình dao ng thành ph n Sau ó v/ véc t t+ng h p c a hai véc t
trên Véc t t+ng là véc t quay bi u di.n ph ng trình c a dao ng t+ng
h p
+ N u m t v t tham gia ng th i hai dao ng i u hoà cùng ph ng, cùng
t n s v i các ph ng trình:
x1 = A1cos(ωt + ϕ1) và x2 = A2cos(ωt + ϕ2) Thì dao ng t+ng h p s/ là: x = x1 + x2 = Acos(ωt + ϕ) v i A và ϕ c
xác nh b i: A2 = A12 + A22 + 2 A1A2 cos (ϕ2 - ϕ1)
2 2 1 1
2 2 1 1
cos cos
sin sin
ϕ ϕ
ϕ ϕ
A A
A A
+ +
Biên và pha ban u c a dao ng t+ng h p ph" thu c vào biên và pha ban u c a các dao ng thành ph n
+ Khi hai dao ng thành ph n cùng pha (ϕ2 - ϕ1 = 2kπ) thì dao ng t+ng h p có biên c c i:
A = A1 + A2
+ Khi hai dao ng thành ph n ng c pha (ϕ2 - ϕ1) = (2k + 1)π) thì dao ng t+ng h p có biên
c c ti u: A = |A1 - A2|
+ Tr ng h p t+ng quát: |A1 - A2 |≤ A ≤ A1 + A2
Ch ng II: Sóng c h c
6 SÓNG C VÀ S TRUY N SÓNG C
* Sóng c
+ Sóng c là dao ng c lan truy n trong môi tr ng v t ch!t
+ Sóng ngang là sóng trong ó các ph n t* c a môi tr ng dao ng theo ph ng vuông góc v i ph ng truy n sóng
Tr( tr ng h p sóng m t n c, sóng ngang ch truy n c trong ch!t r n
+ Sóng d c là sóng trong ó các ph n t* c a môi tr ng dao ng theo ph ng trùng v i ph ng truy n sóng
Sóng d c truy n c c trong ch!t khí, ch!t l$ng và ch!t r n
Sóng c không truy n c trong chân không
+ B c sóng λ: là kho ng cách gi a hai i m g n nhau nh!t trên ph ng truy n sóng dao ng cùng pha
v i nhau B c sóng c ng là quãng ng sóng lan truy n trong m t chu k%: λ = vT =
f
v
+ Kho ng cách gi a hai i m g n nhau nh!t trên ph ng truy n sóng mà dao ng ng c pha là
2
λ + N#ng l ng sóng: Sóng truy n dao ng cho các ph n t* c a môi tr ng, ngh&a là truy n cho chúng n#ng l ng Quá trình truy n sóng là quá trình truy n n#ng l ng
* Ph ng trình sóng
N u ph ng trình sóng t i ngu n O là u0 = A0cos(ωt + ϕ) thì ph ng trình sóng t i M trên ph ng truy n sóng là:
Trang 5Lý thuy t V t Lý l p 12 HKI
Trang
uM = AMcos (ωt + ϕ - 2π
λ
OM )
N u b$ qua m!t mát n#ng l ng trong quá trình truy n sóng thì biên sóng t i A và t i M b ng nhau (A0 = AM = A)
* S ph n x sóng
Khi sóng truy n i n u g p v t c n thì nó có th b ph n x Sóng ph n x cùng t n s và cùng b c sóng v i sóng t i
+ N u u ph n x c nh thì sóng ph n x ng c pha v i sóng t i
+ N u v t c n t do thì sóng ph n x cùng pha v i sóng t i
7 GIAO THOA SÓNG + Hai ngu n k t h p là hai ngu n dao ng cùng ph ng, cùng chu kì (hay t n s ) và có hi u s pha không +i theo th i gian Hai ngu n k t h p có cùng pha là hai ngu n ng b
+ Hai sóng do hai ngu n k t h p phát ra là hai sóng k t h p
+ Hi n t ng giao thoa là hi n t ng hai sóng k t h p khi g p nhau thì có nh ng i m, ó chúng luôn luôn t#ng c ng l,n nhau; có nh ng i m ó chúng luôn luôn tri t tiêu nhau
+ N u t i hai ngu n S1 và S2 cùng phát ra hai sóng gi ng h t nhau: u1 = u2 = Acosωt và n u b$ qua m!t mát n#ng l ng khi sóng truy n i thì thì sóng t i M (v i S1M = d1; S2M = d2) là t+ng h p hai sóng t( S1
và S2 truy n t i s/ có ph ng trình là: uM = 2Acos
λ
π(d2−d1)
cos(ωt -
λ
π(d2 +d1)
) + N u t i hai ngu n S1 và S2 phát ra hai sóng k t h p có biên khác nhau u1 = A1cosωt, u2 = A2cosωt thì biên dao ng t+ng h p t i M c xác nh theo bi u th c:A2
M= A2
1 + A2
2 + 2A1A2cos
λ
π(d2 −d1)
+ C c i giao thoa n m t i các i m có hi u ng i c a hai sóng t i ó b ng m t s nguyên l n b c sóng: d2 – d1 = kλ; v i k ∈ Z
+ C c ti u giao thoa n m t i các i m có hi u ng i c a hai sóng t i ó b ng m t s l0 n a b c sóng: d2 – d1 = (k +
2
1 )λ; v i k ∈ Z
+ i u ki n có giao thoa +n nh trên m t n c có 2 ngu n phát sóng k t h p S1 và S2:
S1S2 = (2k + 1)
2
λ + Kho ng vân giao thoa (kho ng cách gi a hai c c i ho c hai c c ti u liên ti p trên S1S2): i =
2
λ
+ S c c i (g n sóng) gi a hai ngu n S1 và S2 là:
λ
2 1
2 SS
8 SÓNG D NG + Sóng t i và sóng ph n x n u truy n theo cùng m t ph ng, thì có th giao thoa v i nhau, và t o ra m t
h sóng d(ng
+ Trong sóng d(ng có m t s i m luôn luôn ng yên g i là nút, và m t s i m luôn luôn dao ng v i biên c c i g i là b"ng sóng
Kho ng cách gi a hai nút liên ti p ho c hai b"ng liên ti p thì b ng n a b c sóng (0,5λ)
+ có sóng d(ng trên s i dây v i hai nút hai u (hai u c nh) thì chi u dài c a s i dây ph i b ng
m t s nguyên l n n a b c sóng
+ có sóng d(ng trên s i dây v i m t u là nút m t u là b"ng (m t u c nh, m t u t do) thì chi u dài c a s i dây ph i b ng m t s l0 m t ph n t b c sóng
+ c i m c a sóng d(ng: Biên dao ng c a ph n t* v t ch!t m-i i m không +i theo th i gian Không truy n t i n#ng l ng Kho ng cách gi a 2 nút ho c 2 b"ng li n nhau u b ng
2 λ
Trang 6Lý thuy t V t Lý l p 12 HKI
Trang
+ Xác nh b c sóng, v n t c truy n sóng nh sóng d(ng: o kho ng cách gi a 2 nút sóng ta suy ra b c sóng λ N u bi t c ho c o c t n s f (ho c chu k% T), ta tính c v n t c truy n sóng : v = λf = T
λ
10 SÓNG ÂM
* c tr ng v t lí c a âm
+ Sóng âm là nh ng sóng c truy n trong các môi tr ng khí, l$ng, r n
+ Ngu n âm là các v tt dao ng phát ra âm
+ T n s dao ng c a ngu n c ng là t n s c a sóng âm
+ Âm nghe c (âm thanh) có t n s t( 16Hz n 20000Hz
+ Âm có t n s d i 16Hz g i h âm
+ Âm có t n s trên 20 000Hz g i là siêu âm
+ Nh c âm là âm có t n s xác nh T p âm là âm không có m t t n s xác nh
+ Âm không truy n c trong chân không
+ Trong m t môi tr ng, âm truy n v i m t t c xác nh V n t c truy n âm ph" thu c vào tính àn
h i, m t c a môi tr ng và nhi t c a môi tr ng Khi âm truy n t( môi tr ng này sang môi tr ng khác thì v n t c truy n âm thay +i, b c sóng c a sóng âm thay +i còn t n s c a âm thì không thay +i + Âm h u nh không truy n c qua các ch!t x p nh bông, len, Nh ng ch!t ó c g i là ch!t cách
âm
+ Sóng âm truy n trong không khí là sóng d c, khi truy n trong ch't r n v(a là sóng ngang v(a là sóng
d c
+ C ng âm I t i m t i m là i l ng o b ng n#ng l ng mà sóng âm t i qua m t n v di n tích
t t i i m ó, vuông góc v i ph ng truy n sóng trong m t n v th i gian; n v W/m2
+ i l ng L = lg
0
II v i I0 là chu,n c ng âm (âm r!t nh$ v(a nghe, th ng l!y chu'n c ng
âm I0 = 10-12W/m2 v i âm có t n s 1000Hz) g i là m c c ng âm c a âm có c ng I
n v c a m c c ng âm ben (B) Trong th c t ng i ta th ng dùng c s c a ben là êxiben (dB): 1dB = 0,1B
+ Khi m t nh c c" phát ra m t âm có t n s f0 thì bao gi nh c c" ó c ng ng th i phát ra m t lo t âm
có t n s 2f0, 3f0, có c ng khác nhau Âm có t n s f0 g i là âm c b n hay h a âm th nh!t, các âm
có t n s 2f0, 3f0, … g i là các h a âm th 2, th 3, … Biên c a các h a âm l n, nh$ không nh nhau, tùy thu c vào chính nh c c" ó T p h p các h a âm t o thành ph+ c a nh c âm
Ph+ c a cùng m t âm do các nh c c" khác nhau phát ra thì hoàn toàn khác nhau
T+ng h p th dao ng c a t!t c các h a âm trong m t nh c âm ta c th dao ng c a nh c âm
ó
+ V ph ng di n v t lí, âm c c tr ng b ng t n s , c ng (ho c m c c ng âm) và th dao
ng c a âm
* c tr ng sinh lí c a sóng âm
+ Ba c tr ng sinh lí c a sóng âm là: cao, to và âm s c,
+ cao c a âm là c tr ng liên quan n t n s c a âm
+ to c a âm là c tr ng liên quan n m c c ng ô âm L
+ Âm s c là c tr ng c a âm giúp ta phân bi t c các âm phát ra t( các ngu n khác nhau Âm s c liên quan n th dao ng âm
Âm s c ph" thu c vào t n s và biên c a các ho âm
* Gi i h n nghe c a tai ng i
+ Do c i m sinh lí c a tai, âm thanh gây c c m giác âm, thì c ng âm ph i l n h n m t giá tr
c c ti u nào g i là ng 1ng nghe
Ng 1ng nghe thay +i theo t n s c a âm
+ C m giác âm nghe “to” hay “nh$” không nh ng ph" thu c vào c ng âm mà còn ph" thu c vào t n
s c a âm
+ Khi c ng âm lên t i 10W/m2 ng v i m c c ng âm 130dB thì sóng âm v i m i t n s gây cho tai ta c m giác nh c nh i, au n Giá tr c c i c a c ng âm mà tai ta có th ch u c g i là
ng 1ng au Ng 1ng au ng v i m c c ng âm là 130dB
Trang 7Lý thuy t V t Lý l p 12 HKI
Trang
Ch ng III- IV DÒNG I N XOAY CHI U – DAO NG I N T
11 DÒNG I N XOAY CHI U
* Dòng i n và i n áp xoay chi u
Dòng i n xoay chi u là dòng i n có c ng là hàm s sin hay côsin c a th i gian
i n áp xoay chi u là i n áp bi n thiên theo hàm s sin hay côsin c a th i gian
T o ra dòng i n xoay chi u b ng máy phát i n xoay chi u d a trên c s hi n t ng c m ng i n t( Trong m t chu kì T dòng i n xoay chi u +i chi u 2 l n, trong m-i giây dòng i n xoay chi u +i chi u 2f l n
* Các giá tr hi u d ng c a dòng i n xoay chi u
C ng hi u d"ng c a dòng i n xoay chi u b ng c ng c a m t dòng i n không +i, n u cho hai dòng i n ó l n l t i qua cùng m t i n tr R trong nh ng kho ng th i gian b ng nhau dài thì nhi t
l ng t$a ra b ng nhau
+ C ng dòng i n hi u d"ng: I =
2 o I
+ i n áp hi u d"ng: U =
2 o U
+ Su!t i n ng hi u d"ng: E =
2 o E + Ampe k và vôn k o c ng dòng i n và i n áp xoay chi u d a vào tác d"ng nhi t c a dòng i n nên g i là ampe k nhi t và vôn k nhi t, s ch c a chúng là c ng hi u d"ng và i n áp hi u d"ng c a dòng i n xoay chi u
+ Khi tính toán, o l ng, các m ch i n xoay chi u, ch y u s* d"ng các giá tr hi u d"ng
* Các lo i o n m ch xoay chi u
+ o n m ch ch có i n tr thu n: uR cùng pha v i i ; I =
R
UR
i n tr R cho dòng i n không +i và dòng i n xoay chi u i qua và u có I =
R
U + o n m ch ch có t" i n: uC tr pha h n i góc
2
π
I =
C
C
Z
U
; v i ZC =
C ω
1 là dung kháng c a t" i n
T" i n C không cho dòng i n không +i i qua (c n tr hoàn toàn), nh ng l i cho dòng i n xoay chi u i qua v i tr kháng: ZC =
C ω
1 + o n m ch ch có cu n c m thu n: uL s m pha h n i góc
2
π
I =
L
L
Z
U ; v i ZL = ωL là c m kháng c a cu n dây
Cu n c m thu n L cho dòng i n không +i i qua hoàn toàn (không c n tr ) và cho dòng i n xoay chi u i qua v i tr kháng: ZL = ωL
+ o n m ch có R, L, C m c n i ti p (không phân nhánh):
Giãn Fre-nen: N u bi u di.n các i n áp xoay chi u trên R, L và C b ng các
véc t t ng ng U−→R , U−→L và U−→C t ng ng thì i n áp xoay chi u trên o n
m ch R, L, C m c n i ti p là: U→ = U−→R+ U−→L + U−→C
D a vào giãn véc t ta th!y:
U = UR2 +(UL −UC)2 = I 2
C L
2 (Z - Z )
C L
2 (Z - Z )
R + g i là t+ng tr c a o m m ch RLC
Trang 8Lý thuy t V t Lý l p 12 HKI
Trang
l ch pha ϕ gi a u và i xác nh theo bi u th c: tanϕ =
R
Z
ZL − C
= R C
L ω
−
C ng hi u d"ng xác nh theo nh lu t Ôm: I =
Z
U
* Bi u th c i n áp xoay chi u, c ng dòng i n xoay chi u
N u i = Iocos(ωt + ϕi) thì u = Uocos(ωt + ϕi + ϕ)
N u u = Uocos(ωt + ϕu)thì i = Iocos(ωt + ϕu - ϕ)
V i Io =
Z
Uo
; Z = ; tanϕ =
R
Z
ZL − C
+ C ng h ng trong o n m ch RLC:
Khi ZL = ZC hay ωL =
C ω
1 (t c là ω =
LC
1 ) thì có hi n t ng c ng h ng i n Khi ó: Z = Zmin = R;
I = Imax =
R
U ; P = Pmax =
R
U2
; ϕ = 0
+ Các tr ng h p khác:
Khi ZL > ZC thì u nhanh pha h n i ( o n m ch có tính c m kháng)
Khi ZL < ZC thì u tr pha h n i ( o n m ch có tính dung kháng)
+ Cách nh n bi t cu n dây có i n tr thu n r
Xét toàn m ch, n u: Z ≠ R2+(ZL −ZC)2 ; U ≠ UR2 +(UL −UC)2 ho c P ≠ I2R ho c cosϕ ≠
ZR thì
cu n dây có i n tr thu n r ≠ 0
Xét cu n dây, n u: Ud ≠ UL ho c Zd ≠ ZL ho c Pd ≠ 0 ho c cosϕd ≠ 0 ho c ϕd ≠
2
π thì cu n dây có i n tr thu n r ≠ 0
* Công su t c a dòng i n xoay chi u
+ Công su!t c a dòng i n xoay chi u: P = UIcosϕ = I2R = 2
2 Z
R U
+ H s công su!t: cosϕ =
Z
R + Ý ngh&a c a h s công su!t cosϕ:
Vì P = UIcosϕ => I =
ϕ cos U
P nên công su!t hao phí trên ng dây t i (có i n tr r) là
Php = rI2 =
ϕ
2 2 2 cos U
rP
N u h s công su!t cosϕ nh$ thì công su!t hao phí trên ng dây t i Php s/ l n, do ó ng i ta ph i tìm cách nâng cao h s công su!t Theo qui nh c a nhà n c thì h s công su!t cosϕ trong các c s i n n#ng t i thi u ph i b ng 0,85
V i cùng m t i n áp U và d"ng c" dùng i n tiêu th" m t công su!t P, t#ng h s công su!t cosϕ
gi m c ng hi u d"ng I t( ó gi m hao phí vì t$a nhi t trên dây
12 TRUY N T I I N N NG - MÁY BI N ÁP
* Truy n t i i n n ng
+ Công su!t hao phí trên ng dây t i: ∆P = RI2 = R(
UP )2 = P2 2
UR + Hi u su!t t i di n: H =
P
P
P−∆
+ gi m i n trên ng dây t i i n: ∆U = IR
+ Bi n pháp gi m hao phí trên ng dây t i: gi m R, t#ng U
Trang 9Lý thuy t V t Lý l p 12 HKI
Trang
Vì R = ρ
Sl nên gi m R ta ph i dùng các lo i dây có i n tr su!t nh$ nh b c, dây siêu d,n, v i giá thành quá cao ho c t#ng ti t di n S Vi c t#ng ti t di n S thì t n kim lo i và ph i xây c t i n l n nên các
bi n pháp này không kinh t
Trong th c t gi m hao phí trên ng truy n t i ng i ta dùng bi n pháp ch y u là t#ng i n áp U: dùng máy bi n áp a i n áp nhà máy lên r!t cao r i t i i trên các ng dây cao áp G n n n i tiêu th" l i dùng máy bi n áp h áp gi m i n áp t(ng b c n giá tr thích h p
T#ng i n áp trên ng dây t i lên n l n thì công su!t hao phí gi m n2 l n
* Máy bi n áp
Máy bi n áp là nh ng thi t b có kh n#ng bi n +i i n áp (xoay chi u)
C u t o
+ M t l$i bi n áp hình khung b ng s t non có pha silic
+ Hai cu n dây có s vòng dây N1, N2 khác nhau có i n tr thu n nh$ và t c m l n qu!n trên l$i bi n
áp Cu n n i vào ngu n phát i n g i là cu n s c!p, cu n n i ra các c s tiêu th" i n n#ng g i là cu n
th c!p
Nguyên t c ho t ng
D a vào hi n t ng c m ng i n t(
N i hai u cu n s c!p vào ngu n phát i n xoay chi u, dòng i n xoay chi u ch y trong cu n s c!p
t o ra t( tr ng bi n thiên trong l$i bi n áp T( thông bi n thiên c a t( tr ng ó qua cu n th c!p gây ra su!t i n ng c m ng trong cu n th c!pï
S bi n i i n áp và c ng d òng i n trong máy bi n áp
V i máy bi n áp làm vi c trong i u ki n lí t ng (hi u su!t g n 100%) :
1
2 U
U =
2
1
II = 1
2 N
N
* Công d ng c a máy bi n áp
+ Thay +i i n áp c a dòng i n xoay chi u n các giá tr thích h p
+ S* d"ng trong vi c truy n t i i n n#ng gi m hao phí trên ng dây truy n t i
+ S* d"ng trong máy hàn i n n!u ch y kim lo i
13 MÁY PHÁT I N XOAY CHI U
Nguyên t c ho t ng c a c a các lo i máy phát i n xoay chi u d a trên hi n t ng c m ng i n t(: khi t( thông qua m t vòng dây bi n thiên i u hòa, thì trong vòng dây xu!t hi n m t su!t i n ng c m
ng xoay chi u
N u t( thông qua m-i vòng dây bi n thiên theo qui lu t Φ1 = Φ0cosωt và trong cu n dây có N vòng dây
gi ng nhau thì su!t i n ng xoay chi u trong cu n dây là: e = - NΦ1’ = ωNΦ0sinωt = E0cos(ωt -
2
π )
Có hai cách t o ra su!t i n ng xoay chi u th ng dùng trong các máy phát i n:
- T( tr ng c nh, các vòng dây quay trong t( tr ng
- T( tr ng quay, các vòng dây t c nh
* Máy phát i n xoay chi u 1 pha
+ Các b ph n chính:
Ph n c m là nam châm v&nh c u hay nam châm i n ó là ph n t o ra t( tr ng
Ph n ng là nh ng cu n dây, trong ó xu!t hi n su!t i n ng c m ng khi máy ho t ng
M t trong hai ph n t c nh, ph n còn l i quay quanh m t tr"c Ph n c nh g i là stato, ph n quay
g i là rôto
+ Ho t ng: Khi rôto quay, t( thông qua cu n dây bi n thiên, trong cu n dây xu!t hi n su!t i n ng
c m ng, su!t i n ng này c a ra ngoài s* d"ng
a i n vào rôto (n u rôto là nam châm i n) ho c l!y i n ra t( rôto (n u rôto là ph n ng), ng i
ta ph i dùng b góp B góp g m hai vành khuyên và hai ch+i quét
Hai vành khuyên n i v i hai u c a khung dây quay và cùng quay v i khung dây
Hai ch+i quét c nh tì trên hai vành khuyên l!y i n ra t( khung dây (n u rôto là ph n ng) ho c
a i n vào khung dây (n u rôto là nam châm i n)
+ T n s c a dòng i n xoay chi u
N u máy phát có 1 cu n dây và 1 nam châm (g i là m t c p c c), rôto quay n vòng trong 1 giây thì t n s
c a dòng i n là f = n
Trang 10Lý thuy t V t Lý l p 12 HKI
Trang
N u máy có p c p c c và rô to quay n vòng trong 1 giây thì f = np
N u máy có p c p c c và rô to quay n vòng trong 1 phút thì f =
60n p
* Dòng i n xoay chi u ba pha
Dòng i n xoay chi u ba pha là m t h th ng ba dòng i n xoay chi u, gây b i ba su!t i n ng xoay chi u có cùng t n s , cùng biên nh ng l ch pha nhau t(ng ôi m t là
3
2π
* C u t o và ho t ng c a máy phát i n xoay chi u 3 pha
Dòng i n xoay chi u ba pha c t o ra b i máy phát i n xoay chi u ba pha
Máy phát i n xoay chi u ba pha c!u t o g m stato có ba cu n dây riêng r/, hoàn toàn gi ng nhau qu!n trên ba l$i s t t l ch nhau 1200 trên m t vòng tròn, rôto là m t nam châm i n
Khi rôto quay u, các su!t i n ng c m ng xu!t hi n trong ba cu n dây có cùng biên , cùng t n s
nh ng l ch nhau v pha là
3
2π
N u n i các u dây c a ba cu n v i ba m ch ngoài (ba t i tiêu th") gi ng nhau thì ta có h ba dòng i n cùng biên , cùng t n s nh ng l ch nhau v pha là
3
2π
* Các cách m c m ch 3 pha
+ M c hình sao
Ba i m u c a ba cu n dây c n i v i 3 m ch ngoài b ng 3 dây d,n, g i là dây pha Ba i m cu i
n i chung v i nhau tr c r i n i v i 3 m ch ngoài b ng m t dây d,n g i là dây trung hòa
N u t i tiêu th" c ng c n i hình sao và t i i x ng (3 t i gi ng nhau) thì c ng dòng i n trong dây trung hòa b ng 0
N u t i không i x ng (3 t i không gi ng nhau) thì c ng dòng i n trong dây trung hoà khác 0
nh ng nh$ h n nhi u so v i c ng dòng i n trong các dây pha
Khi m c hình sao ta có: Ud = 3 Up (Ud là hi u i n th gi a hai dây pha, Up là hi u i n th gi a dây pha và dây trung hoà)
M ng i n gia ình s* d"ng m t pha c a m ng i n 3 pha: Nó có m t dây nóng và m t dây ngu i + M c hình tam giác
i m cu i cu n này n i v i i m u c a cu n ti p theo theo tu n t thành ba i m n i chung Ba
i m n i ó c n i v i 3 m ch ngoài b ng 3 dây pha
Cách m c này òi h$i 3 t i tiêu th" ph i gi ng nhau
* u i m c a dòng i n xoay chi u 3 pha
+ Ti t ki m c dây n i t( máy phát n t i tiêu thu.ï
+ Gi m c hao phí trên ng dây
+ Trong cách m c hình sao, ta có th s* d"ng c hai hi u i n th khác nhau: Ud = 3 Up
+ Cung c!p i n cho ng c ba pha, dùng ph+ bi n trong các nhà máy, xí nghi p
14 NG C KHÔNG NG B BA PHA
* S quay ng b và không ng b
Quay u m t nam châm hình ch* U v i t c góc ω thì t( tr ng gi a hai nhánh c a nam châm c ng quay v i t c góc ω
+ t trong t( tr ng quay v i t c góc ω m t kim nam châm có th quay quanh m t tr"c trùng v i tr"c quay c a t( tr ng thì kim nam châm s/ quay cùng t c góc v i t( tr ng Ta nói kim nam châm quay
ng b v i t( tr ng
+ t trong t( tr ng quay v i t c góc ω m t khung dây d,n kín có th quay quanh m t tr"c trùng v i tr"c quay c a t( tr ng thì khung dây quay v i t c góc ω’ < ω Ta nói khung dây quay không ng b
v i t( tr ng
+ Gi i thích s quay không ng b : T( tr ng quay làm t( thông qua khung dây bi n thiên, trong khung dây xu!t hi n m t dòng i n c m ng C ng chính t( tr ng quay này tác d"ng lên dòng i n trong khung dây m t mômen l c làm khung dây quay Theo nh lu t Len-x , khung dây quay theo chi u quay c a t(
tr ng gi m t c bi n thiên c a t( thông