Hướng dẫn ôn luyện thi THPT quốc gia vật lí theo chủ đề tập 2 t1

Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ bằng cách cho khung dây kim loại kín quay đều với tốc độ góc co quanh trục đối xứng của nó trong từ trường đêu

LÊ V Ă N T H À N H

LÊ VĂN THÀNH

lÌƯỦNO ĐẪN

ÔN L U Y Ệ N THI TH PT QUỐC C IA M ÒN V Ậ T LÍ

T H E O CHỦ Đ Ề

TẬP 2

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

Bản quyền thuộc Công tỵ c ổ phần H ọc liệu Sư phạm

Mã số: IL - 349ĐH2015

LỜI NÓI ĐẦU

Nhằm giúp các em học sinh TH PT, đặc biệt là các em học sinh lớp 12 chủ động và thuận lợi hơn trong việc ôn tập môn Vật lí, chuẩn bị tốt cho kì thi TH PT Quốc

gia, tác giả biên soạn bộ sách Hướng dẫn ôn luyện thi THPT Q uốc gia môn Vật lí theo chủ đề Bộ sách gồm 2 tập có nội dung bám sát chương trình sách giáo khoa Vật

lí 12 do Bộ Giáo dục và Đào tạo ban hành

Tập 1: gồm 3 chương:

Chương I: Dao động cơ

Chương II: Sóng cơ

Chương III: Dao động và sóng điện từ

Tập 2: gồm 5 chương:

Chương IV: Dòng điện xoay chiều

Chương V: Tính châ"t sóng của ánh sáng

Chương VI: Quang học lượng tử

Chương VII: Vật lí hạt nhân

Chương VIII: Giới thiệu một số đề ôn luyện

Mỗi chương của bộ sách đều có chung cấu trúc sau:

Phần 1 Lí thuyết cơ bản

Hệ thống chi tiết toàn bộ lí thuyết của từng chương theo chủ đề, đưa ra những nhận xét, những kết luận quan trọng giúp học sinh hệ thống và nắm bắt được các bản châT của hiện tượng vật lí nhằm dễ dàng chọn được đáp án trong các câu hỏi trắc nghiệm lí thuyết

Phần 2 Phân chủ dề bài tập và phương pháp giải

Hệ thống bài tập của chương được phân loại theo các chủ đề, trong mỗi chủ đề đều có các ví dụ từ dễ đến khó dược hướng dẫn giải một cách chi tiết Ngoài ra, với những bài có cách giải nhanh, tác giả trình bày các mẹo, các thủ thuật để học sinh có thể nhanh chóng đưa ra đáp số

Phần 3 Tóm tắt công thức giải nhanh bài tập trắc nghiệm

Các công thức giải nhanh nhằm giúp học sinh có thể dễ nhớ và áp dụng một cách thuận lợi khi giải các bài tập trắc nghiệm

Phần 4 Các bài tập tổng hợp chọn lọc

Các bài tập chọn lọc được phân dạng một cách có hệ thống, bao gồm các câu hỏi lí thuyết và bài tập trọng tâm Các bài tập chọn lọc giúp các em thực hành các phương pháp giải đã học, đồng thời tổng quát lại toàn bộ kiến thức trong các chủ đề

Tác giả hi vọng bộ sách Hướng dẫn ôn luyện thi THPT Q uốc gia môn Vật lí theo chủ đề sẽ là tài liệu bổ ích giúp các em học sinh ôn luyện và đạt được kết quả tốt nhất trong kì thi TH P T Quốc gia sắp tới

Mặc dù đã rất cố gắng khi biên soạn, nhưng sai sót là điều khó tránh khỏi Tác giả râT mong nhận được những ý kiến đóng góp, xây dựng của quý bạn đọc để lần tái bản sau cuốn sách được hoàn chỉnh hơn

Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về:

Em ail: levanthanhlvt@yahoo.com.vn

Điện thoại: 0 9 8 9 3 4 5 9 7 5

Xin trân trọng cảm ơn!

TÁC GIẢ

CHƯƠNG IV: DÒNG ĐIỆN XOAY CHlỂU

PHẦN 1: LÝ THUYẾT c ơ BẢN

Bài 1 Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều.

C ác giả trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều

1 Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều

Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ bằng cách cho khung

dây kim loại kín quay đều với tốc độ góc co quanh trục đối xứng

của nó trong từ trường đêu có véc tơ cảm ứng từ B vuông góc

với trục quay của khung dây Khi đó từ thông trong lòng khung

dây biến thiên sẽ sinh ra một suất điện động cảm ứng, chống lại

sự biến thiên của từ thông Nối hai đầu khung dây với mạch

ngoài tiêu thụ điện, ta được dòng điện xoay chiều biến thiên điều

2 Biểu thức từ thông và suất điện động trong lòng khung dây

với tốc độ góc co trong từ trường đều B Thời điểm ban đầu véctơ pháp tuyến của khung dây họp với cảm ứng từ B một góc cp Biểu thức từ thông trong khung dây tại thời điểm t là:

Suất điện động sinh ra do từ thông biến thiên:

cot + cp- —

e = - lim -= - O (t) = NBSco sin(cot + cp) = Ep cos

pha với từ thông một góc —

3 Biểu thức hiệu điện thế và cường độ dòng điện trong mạch

Khung dây quay trong từ trường trở thành nguồn điện, nối hai đầu khung dây với mạch ngoài tiêu thụ điện, ta được hiệu điện thế và dòng điện xoay chiều có biểu thức:

Trong đó cp là độ lệch pha giữa hiệu điện thế và cường độ dòng điện trong mạch, phụ thuộc vào cấu tạo của mạch

4 Các giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều

Với dòng điện xoay chiều ta khó xác định các giá trị tức thời vì chúng biến thiên rất nhanh, cũng không thể lấy giá trị trung bình của chúng vì trong một chu kì, giá trị đó bằng 0 Cũng không thể dùng ampe kế hoặc vôn kế khung quay để đo dòng điện xoay chiều vì với dòng điện

có tần số lón, nó đổi chiều liên tục, kim của thiết bị đo sẽ không thể kịp chuyển động theo sự đổi chiều đó, do có quán tính nên nó vẫn đứng yên và chỉ vào vạch số 0

Khi sử dụng dòng điện xoay chiều, ta cần quan tâm tới tác dụng của nó trong một thời gian dài Tác dụng nhiệt của dòng điện tỉ lệ với bình phương cường độ dòng điện nên không phụ thuộc vào chiều dòng điện và là cơ sở để đánh giá hiệu quả sử dụng của dòng xoay chiều.Xét hai dòng điện gồm dòng điện xoay chiều có biểu thức i = IoCos(cot + (p) và dòng điện không đổi có cưòng độ I chạy qua hai điện trở giống hệt nhau trong cùng khoảng thời gian t, ta có:+ Nhiệt lượng toả ra của dòng điện xoay chiều:

I^Rt

Do biểu thức -2— cos(2cot + 2(p) có giá trị trung bình trong một chu kì bàng 0, nên nhiệt

I^Rt

Hiệu quả sử dụng của hai dòng điện trên giống nhau khi

Các giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều bằng các giá trị cực đại chia V2 : I =

I^Rt

Đài 2: Định luật ôm cho các loại đoạn mạch xoay chiều

1 Đoạn mạch xoay chiều chỉ có điện trở thuần

Đặt vào hai đầu đoạn mạch chỉ chứa điện trở R một hiệu điện thế

u = UoCos((ot) V thì dòng điện qua mạch là:

R

1 = ^ = —^coscot = L COSCDt(A)

Kết luận: Mạch điện chỉ có điện trở R, hiệu điện thế biến thiên điều hoà

cùng tần số và đồng pha với dòng điện Giản đồ véc tơ như hình vẽ

Ur

o

Định luật Ôm: Từ biểu thức Ig = — , chia cả hai vế cho V2 , ta được: I = — (1)

(1) là biểu thức định luật ô m cho đoạn mạch chỉ có điện trở thuần R

2 Đoạn mạch xoay chiều chỉ có tụ điện

- Đặt vào hai đầu đoạn mạch AB một hiệu điện thế không đổi thì đèn

sáng, bỏ tụ c ra khỏi mạch, độ sáng của đèn tăng lên

Kết luận: Tụ c không cho dòng điện một chiều đi qua, cho dòng xoay chiều dao động qua nó nhưng vẫn gây ra một mức độ cản trở nhất định, mức độ cản trở đó gọi là dung kháng Zc-

Thiểt lập biểu thức hiệu điện thế và cường độ dòng điện qua tụ C:

q = Cu = CUoCos(cot) =QQCOs(cot)C

Sự dao động điện giữa hai bản tụ làm xuất hiện một dòng điện qua mạch:

i = lim^,_^o — = q ' = -CUoCOSincừt = CUoCosin(cot + 7i) = I|Jcos(cot + —)(A)

- Đặt vào hai đầu đoạn mạch AB một hiệu điện thế không đổi thì L Đ

đèn sáng, bỏ cuộn cảm đi, độ sáng của đèn gần như không đổi

chiều thì đèn sáng, bỏ cuộn cảm ra khỏi mạch, độ sáng của đèn tăng lên

Kết luận: Cuộn dây gần như không cản trở dòng điện một chiều, cho dòng xoay chiều đi

Thiết lập biểu thức hiệu điện thế và cường độ dòng điện qua cuộn cảm L:

suất điện động tự cảm:

Cuộn dây có suất điện động tự cảm nên nó trở thành nguồn điện, áp dụng định luật ô m cho

r

Do r rất nhỏ, (r « 0) nên:

n

u S! - e = - L IqCO sin(cot) = IqLo) sin(cot + 7i) = UoCos(cot + —) V

Kểt luân: Mạch điện chỉ có cuộn dây thuần cảm, hiệu điện thế biến

véc tơ như hình vẽ

Định luật Õm:

3 Đoạn mạch xoay chiều chỉ có cuộn dây thuần cảm

Thí nghiệm: Xé\ đoạn mạch AB gồm bóng đèn mắc nổi tiếp với cuộn dây thuần cảm có độ

4 Đoạn mạch xoay chiều RLC mắc nối tiếp

ứng là:

u ' = (IZ)' = (IZ)' + (IZl - IZc ^ Z = 7r' + ( Zl- Z ^ ) ' = — = ^"

- Neu Zl < Zc, mạch có tính dung

7Ĩkháng, u chậm pha hơn i góc —

uL Ị

o

Ur

Bài 3 Công suất của dòng điện xoay chiều

1 Công suất của dòng điện xoay chiều

Xét đoạn mạch RLC mắc nối tiếp, giả sử đặt vào hai đầu mạch hiệu điện thế có biểu thức

u = UoCoscot V thì dòng điện qua mạch là: i = IgCos(o)t + (p) V Khi đó công suất tức thời hai đầu mạch là:

p = ui = (UoCOS(Ot).(loCOS(COt + (p)) = U(,Io.(coscot).cos((ot + (p)

= — Uolo-[cos(2cot + (p) + cos(p]

p = — Uol(,cos(p + —Uol(,.cos(2(ot + (p)

Xét trong khoảng thời gian, công suất của dòng điện bằng công suất trung bình trong một

công suất

2 Ý nghĩa của hệ số công suất

+ Trường hợp coscp = — = 1, mạch chỉ có R, hoặc mạch RLC xảy ra cộng hưởng điện

điện trở R, công suất tiêu thụ trên đoạn mạch đạt giá trị nhỏ nhất bàng 0 Như vậy với mạch điện xoay chiều thì chỉ có điện trở thuần R mới có tác dụng tiêu thụ công suất, các thiết bị L và

cường độ dòng điện Như vậy công suất tiêu thụ điện trong một đoạn mạch xoay chiều chính là công suất tiêu thụ trên điện trở R nên ta có:

p = UIcosọ = U I— = I'R = ^

R+ Trưòmg hợp 0 < coscp = — < 1, đây là trường hợp phổ biến trong thực tế Giả sử động cơ

pđộng cơ thoả mãn p = UIcoscp => I =

Ucosọ

U x o s^ọNhư vậy khi hệ số công suất càng lớn thì công suất hao phí càng nhỏ Đối với các thiết bịđiện, cố gắng nâng cao hệ số công suất càng lớn càng tốt, thông thường cos(p>0,85 nhằmgiảm hao phí trên đường dây tải điện

Đài 4 Máy biến thế, truyền tải điện năng

1 Máy biến thế

Máy biến thế là thiết bị dùng

để biến đổi hiệu điện thế xoay

chiều này thành hiệu điện thế

Nguyên tắc hoạt động:

Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ Nối hai đầu cuộn sơ cấp với mạng điện xoay chiều, dòng điện xoay chiều chạy trong cuộn sơ cấp tạo ra từ thông biến thiên trong lõi thép Từ thông biến thiên được lõi thép truyền nguyên vẹn từ cuộn sơ cấp sang cuộn thứ cấp làm sinh ra suất điện động cảm ứng biến thiên điều hòa cùng tần số trong cuộn thứ cấp

Sự biển đổi hiệu điện thế và cường độ dòng điện:

Với mọi máy biến thế thì suất điện động tại cuộn sơ cấp và thứ cấp luôn tỉ lệ với số vòng dây của chủng theo công thức:

AO-N ,

2 Truyền tải điện năng

Giả sử cần truyền tải một điện năng có công suất p với hiệu điện thế hiệu dụng trên đường

Để truyền tải điện năng đi xa, ban đầu dùng máy tăng thế để tăng hiệu điện thế lên nhiều lần, tới nơi dùng máy hạ thế giảm hiệu điện thế cho phù hợp với tải tiêu thụ.

Bài 5 Máy phát điện xoay chiều

1 Máy phát điện xoay chiều 1 pha

quay trong từ trường đều B với tốc độ góc không đổi

0) Khi đó, từ thông trong lòng khung dây biến thiên

điều hòa, xuất hiện một suất điện động cảm ứng biến

thiên cùng tần số Nối hai đầu khung dây với mạch

ngoài tiêu thụ điện, ta được dòng điện xoay chiều biến

thiên điều hòa với tần số góc (0

Phần cảm: là bộ phận tạo ra từ trường, thưòng là nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện

Phần ứng: là bộ phận tạo ra dòng điện, là khung dây hoặc các cuộn dây dẫn

Trong hai phần trên, bộ phận tham gia chuyển động quay gọi là rôto, bộ phận đứng yên gọi

là stato

Bộ góp: Với máy phát điện xoay chiều có phần ứng là rô to, để đưa dòng điện ra mạch ngoài, phải sừ dụng bộ góp Bộ góp gồm hai vành khuyên gắn tại hai đầu khung dây, cùng quay với khung dây, hai chổi quét luôn tì trên hai vành khuyên để đưa dòng điện ra mạch ngoài

Chú ỷ:

công suất nhỏ do sự tiếp xúc không tốt ở bộ góp gây ra tia lửa điện, không an toàn

- Với máy phát điện xoay chiều có công suất lớn thì bộ phận chuyển động quay lại là phần cảm còn phần ứng là stator, khi đó để đưa dòng điện ra mạch ngoài chúng ta có thể nối trực tiếp dây dẫn vào hai đầu của các cuộn dây mà không cần tới bộ góp

- Để tăng tần số của dòng điện xoay chiều người ta sử dụng rotor gồm nhiều cặp cực namchâm mắc phối hợp với nhau Nếu phần cảm làm từ nam châm có p cặp cực quay với vận tốc

>

góc n vòng/phút thì tần số của dòng điện xoay chiều là: f = n — (Hz)

2 Máy phát điện xoay chiều ba pha

a Cẩu tạo và hoạt động của máy phát điện xoay chiều 3 pha

Cẩu tạo:

2tĩ

trí lệch nhau góc — trên một giá đỡ hình tròn

+ Rôto: là phần cảm, là nam châm vĩnh cửu hoặc nam

châm điện (được nuôi bằng dòng điện một chiều) quay A2

Hoạt động: K.hi rôto quay với tôc độ góc (0, từ trưòng

và từ thông qua các cuộn dây biến thiên, các giá trị cực đại lần lượt lệch pha nhau — chu ki,

do đó suất điện động xuất hiện trong 3 cuộn dây có cùng biên độ, biến thiên cùng tần số góc CDnhưng lần lượt lệch pha nhau góc — Nối các đầu của 3 cuộn dây với 3 mạch ngoài giốngnhau thì ta được hệ thống dòng điện xoay chiều 3 pha có cùng biên độ, cùng tần số và lần lượt

Theo cách mắc này, ba điểm đầu

của ba cuộn dây được nối với 3 mạch

ngoài bằng 3 dây dẫn, gọi là các dây

pha Ba điểm cuối nối lại với nhau rồi

nối với mạch ngoài bàng một dây dẫn

gọi là dây trung hòa

Dây pha l ( i | )

Dây trung hòa (i)

Dây pha 3 (13)

Hiệu điện thế giữa hai dây pha gọi là Ud, hiệu điện thế giữa dây pha và dây trung hoà gọi là

Up Giữa ưd và Up liên hệ theo công thức: Ujj = Up\/3

Dòng điện tức thời trong dây trung hòa bằng tổng dòng điện tức thời trong các dây pha Neu tải không đối xứng (3 tải không giống nhau) thì cường độ dòng điện trong dây trung hoà khác 0 nhưng nhỏ hcm nhiều so với cường độ dòng điện trong các dây pha Neu tải đối xứng (3 tải giống nhau) thì cường độ dòng điện trong dây trung hòa bằng 0

Mắc hình tam giác:

Theo cách mắc này, điểm

cuối của cuộn dây này nối với

điểm đầu của cuộn dây tiếp

theo, tạo thành sơ đồ tam giác

như hình vẽ

Hiệu điện thế hiệu dụng giữa

hai dây pha được gọi là Ud

nhưng Ud trong cách mắc íam

giác chỉ bằng Up trong cách

mắc hình sao

Cách mắc tam giác không có dây trung hoà nên cách này đòi hỏi 3 tải tiêu thụ phải giống nhau (đối xứng)

c ưu điểm của dòng điện xoay chiều 3 pha

- Giảm được hao phí trên đường dây

- Trong cách mắc hình sao, có thể sử dụng được hai loại hiệu điện thế khác nhau

U , = U , 7 J

- Tạo ra từ trường quay sử dụng trong động cơ điện xoay chiều

Bài 6 Động c ơ không đồng bộ ba pha

1 Nguyên tắc hoạt động của động cơ không đồng bộ

Thí nghiệm: Đặt một khung dây dẫn kín trong lòng

theo cùng chiều với tốc độ góc trung bình (0() nhỏ hon

(0 một chút

Giải thích: Khi nam châm quay, từ trường do nam châm sinh ra quay theo, khi đó từ thông trong lòng khung dây biến thiên làm sinh ra một suất điện động và một dòng điện cảm ứng.Khung dây mang dòng điện đặt trong từ trường của nam châm nên nó chịu tác dụng của lực

từ và sinh ra mômen lực làm cho khung dây quay theo nam châm để chống lại sự biến thiên.Khi tốc độ góc của khung dây bắt đầu bằng tốc độ góc của nam châm thì mọi sự biến thiên không còn nữa, lúc đó dòng điện cảm ứng và mô men lực từ bằng 0, dưới tác dụng của mô men lực cản, khung dây quay chậm lại

Tuy nhiên, khi khung dây vừa quay chậm lại thì ngay lập tức sự biến thiên lại xuất hiện, dòng điện cảm ứng và mô men lực từ lại được sinh ra và khung dây lại đuối theo nam châm Khi tốc độ góc bằng nhau sự biến thiên không còn nữa, mô men lực từ bằng 0, khung dây lại quay chậm lại Quá trình này liên tiếp diễn ra, kết quả là khung dây quay với tốc độ góc trung

Kết luận: Khi có một khung dây dẫn kín đặt trong từ trường quay đều thi khung dây sẽ quay cùng chiều của từ trường nhưng có tốc độ góc trung bình nhỏ hcm tốc độ góc của từ trường một chút

2 Cấu tạo và hoạt động của động cơ không đồng bộ 3 pha

Cẩu tạo:

trên một giá đỡ hình tròn để tạo từ trường quay

+ Rôto có dạng hình trụ tròn, có các vòng dây quấn trên lõi thép và có thể quay quanh một trục cố định đặt tại trọng tâm của cả ba cuộn dây

Ì| = loCOSCOt(A).

271Ỉ2 =IoCOS(cOt + y ) ( A )

Ì3 = Io C o s(c o t-y )(A )

A?

cực đại là lo thì dòng điện trong hai cuộn còn lại

là - — Lúc đó từ trường do cuộn 1 sinh ra tại

tâm của động cơ có độ lớn Bo và hưóng từ cuộn 1

ra ngoài thi từ trường do hai cuộn còn lại sinh ra

Q

có độ lón — và hưóng từ ngoài vào mỗi cuộn

dây Từ trường tại tâm của động cơ là 1,5 Bo và ^ 2

hướng từ cuộn 1 ra ngoài Sau những khoảng thời

gian — tiêp theo, từ trưòng tông hợp là l,5Bo lân

lượt hướng từ cuộn 2 rồi cuộn 3 ra ngoài

Như vậy tại tâm của động cơ có một từ trường tổng hợp là l,5Bo, từ trưÒTig này luôn quay đều với chu kì và tần số bằng chu kì và tần số của dòng điện đặt vào ba cuộn dây Vì vậy khi đặt vào tâm của động cơ một lõi thép trên đó có quấn các vòng dây thì mỗi vòng dây sẽ đóng vai trò như một khung dây dẫn kín, kết quả là khung dây quay sẽ làm lõi thép sẽ quay cùng chiều từ trường nhưng chậm hơn một chút Chuyển động quay của lõi thép được dẫn động ra bên ngoài và thiết bị trở thành động cơ không đồng bộ 3 pha

3 ư u điểm của động cơ không đồng bộ 3 pha

- Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, có công suất lớn

- Sử dụng tiện lợi, không có vành khuyên, chổi quét nên không sinh ra tia lửa điện, không gây nhiễu sóng vô tuyến

- Có thể thay đổi chiều quay của động cơ bằng cách đổi vị trí của 2 cuộn dây cho nhau

- Vận tốc quay coo của động cơ có thể biến đổi trong một phạm vi khá rộng khi tốc độ quay (0 của từ trường không đổi Vì vậy khi tải ngoài thay đổi, động cơ vẫn hoạt động bình thường

Bài 7 Cách tạo ra dòng điện một chiều

1 Sự cần thiết của dòng điện một chiều

- Trong công nghiệp dòng điện một chiều sử dụng để mạ điện, đúc điện, nạp điện cho ắc quy, sản xuất hoá chất, tinh chế kim loại bằng phưcmg pháp điện phân

- Các thiết bị điện tử cần được cung cấp năng lượng bàng dòng điện một chiều

- Những động cơ điện một chiều dễ khởi động, dễ thay đổi vận tốc và tạo ra mômen quay lón

2 Máy phát điện một chiều

Cấu tạo: Gồm khung dây quay quanh trục đối

xứng của nó trong từ trường đều có vectơ cảm ứng

từ B vuông góc với trục quay Bộ góp gồm hai bán

khuyên ghép lại với nhau, hai chổi quét luôn tì trên

hai bán khuyên để đưa dòng điện ra ngoài

Hoạt động: Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện

từ Khi khung dây quay, từ thông qua khung dây

biến thiên điều hòa làm sinh ra trong khung dây một suất điện động cảm ứng biến thiên điều hòa Dòng điện trong khung dây là dòng điện xoay chiều, nhưng do sự bố trí hợp lí của hai bán khuyên nên dòng điện thu được ở mạch ngoài là dòng điện một chiều

Dòng điện một chiều ờ mạch ngoài là dòng điện không liên tục và có đồ thị như hình vẽ 1

Đê giảm sự nhấp nháy của dòng điện, người ta dùng nhiều khung dây giống hệt nhau mắc nối tiếp, mồi khung dây được gắn với một cặp bán khuyên có các khe hở bố trí so le với nhau

3 Chỉnh lun dòng điện xoay chiều bàng điôt bán dẫn

• -Chỉnh lưu một nửa chu kì: Chỉ sứ dụng 1 điôt, kết quả

dòng điện thu được là dòng một chiều đứt quãng

Chỉnh lưu hai nửa chu kì: Sử dụng 4 điôt với cách

mẳc như hình vẽ Ket quả dòng qua tải R là một dòng điện

một chiều, từ M đến N, tuy nhiên dòng điện này vẫn còn

có sự nhấp nháy và có đồ thị như hình vẽ 2 Trong thực tế,

đề giảm sự nhấp nháy của dòng điện, người ta sừ dụng

thêm bộ lọc mẳc song song với tải tiêu thụ

PHẦN 2: PHÂN LOẠI BÀI TẬP THEO CHỦ ĐỂ

Chủ đề 1: Viết biếu thừc CLPỜng độ dòng điên, hiêu điên thế

Ví du 1: Rôto của máy phát điện gồm 100 khung dây, mỗi khung dây có cạnh là 40cmx50cm

quay trong từ trưòng đều có B = 10'^T, các vectơ cảm ứng từ B vuông góc với trục quay của

khung Tốc độ góc của khung dây không đổi bàng 3000 vòng/phút Tại thời điểm ban đầu, mặt

phang khung dây hợp với B một góc 60*^ Biểu thức suất điện động cảm ứng xuất hiện trong

Góc hợp bởi giữa pháp tuyến của mặt phang khung dây và cảm ứng từ B tại thời điểm ban

Biểu thức từ thông trong lòng khung dây ở thời điểm t:

Biểu thức suất điện động trong khung dây ở thời điểm t:

Ví du 4: Cho mạch điện xoay chiều như hình vẽ Giá trị hiệu dụng của các hiệu điện thế

Vi du 5: Cho mạch điện xoay chiều như hình vẽ, biểu thức hiệu

điện thế hai đầu mạch là: u^g = lOoVócos 1 OƠTlt - —

V

lO O T

lt Hirớng dẫn giải

Nhộn xét: Cuộn dây phải có một giá trị điện trở thuần r khác 0 Vì nếu cuộn dây thuần cảm

Giản đồ vectơ như trên hình vẽ

Từ giản đồ vectơ, suy ra:

Chủ đề 2: Mach RLC, biên luân theo R biển thiên I

thuần cảm có điện trở r Hiệu điện thế hiệu dụng hai đầu đoạn mạch là u và không đổi

1 Tìm R để mạch tiêu thụ công suất cực đại Tính công suất cực đại và hệ số công suất của mạch khi đó

2 Tìm điều kiện để khi thay đổi điện trở R, tồn tại hai giá trị R |, R2 sao cho mạch có cùng công suất

- Tính công suất của mạch theo R |, R2

- Gọi độ lệch pha giữa hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện trong hai trường họp tưong ứng với Ri, R2 là (pi, (P2- Tìm biểu thức liên hệ (pi và 92-

- Tìm điện trở R theo Ri, R2 và r để công suất tiêu thụ trên mạch đạt giá trị cực đại

- Khi phưomg trình (*) có 2 nghiệm R |, R2, áp dụng định lí Vi-et ta có:

- Tìm điện trở R để công suất tiêu thụ trên mạch đạt giá trị cực đại:

Từ (5) ta thấy nếu tồn tại hai giá trị Ri khác R2 mạch có cùng công suất là p thì ( R , + r ) ( R 2 +r ) = ( Z , - Z ^ ) ^

Ví du 2: Cho mạch điện RLC mắc nối tiếp, cuộn dây thuần cảm, điện trở R thay đổi được Đặt vào hai đầu mạch hiệu điện thế xoay chiều u = uV2cos(cL)t + (p) V Thay đổi R thấy tồn tại hai

trong mạch đạt cực đại, khi đó độ lệch pha giữa hiệu điện thế và cường độ dòng điện trong mạch là (Po- Tìm mối quan hệ Ro theo p, ư và cp,,(P2-

Thay đổi đến khi R = Rq, lúc đó công suất đạt cực đại thì: Rq = ^R|

Ví du 3: Cho đoạn mạch RLC mấc nối tiếp, trong đó R là một biến trở, cuộn dây không thuần

trở R để công suất trên biến trở đạt giá trị cực đại, khi đó:

1 Tìm R và công suất cực đại trên biến trở

2 Tính hệ số công suất của mạch, từ đó suy ra giới hạn độ lệch pha giữa hiệu điện thế và cường độ dòng điện

3 Tìm mối liên hệ giữa hiệu điện thế hiệu dụng hai đầu mạch U; hiệu điện thế hai đầu điện trở

Công suất Pr đạt cực đại khi xảy ra dấu lúc đó:

nào thì giá trị của phần tử đó lấy bàng 0 Dưới đây là tổng hợp lại các công thức trên cho trường hợp cuộn dây không thuần cảm và thuần cảm

3 Thay đổi R, tồn tại R|5«í:R2để công suất

tương ứng p, = ?2 thì công suất trên mạch cực

đại khi:

(R + r ) ^ = ( R , + r ) ( R 2 +r )

R =R, R2

p, inax =

Ví du 4: Cho mạch điện xoay chiều RLC nối tiếp, R thay đổi được Cuộn dây có độ tự cảm có

và R2

điện f = 50Hz Thay đổi điện trở R thấy tồn tại hai giá trị Ri khác R2 nhưng mạch cho công

R thay đổi, công suất trên mạch đạt giá trị bằng nhau thì:

Vi du 7; Cho mạch điện xoay chiều RLC nối tiếp, R thay đổi được Cuộn dây không thuần cảm

có điện trở r = lOQ Thay đổi điện trở R thấy tồn tại hai giá trị R| = 80Q hoặc R , =150Q mạch cho công suất bằng nhau Tìm hệ số công suất tưong ứng với hai điện trở Ri và R2

Hoặc: Do (P| +(P2 =90" nên; C0S(P2 = -y/l-cos' (P| = 0,8

0 3 ' '

7Ĩ

mạch có biểu thức u = I 80V2 cos(lOOTit) V Thay đổi biến trở R để công suất trên biến trở đạt

hiệu dụng và tần số không đổi Điều chỉnh R đến giá trị lOOQ thì công suất tiêu thụ trên biến trở đạt cực đại và tổng trở của đoạn mạch AB chia hết cho 80 Khi đó hệ số công suất của đoạn mạch là:

Vỉ du 11: Cho mạch điện xoay chiều gồm biến trở mắc nối tiếp với đoạn mạch gồm cuộn dây

Chủ đề 3: Bài toán biện luận theo độ tự cảm L biến th i^

I 1 - 1 -

1 -Ví du 1: Cho đoạn mạch RLC mắc nối tiếp, trong đó độ tự cảm L thay đổi được Hiệu điện thế hiệu dụng hai đầu đoạn mạch là u

Hướng dẫn giải

Uc và công suất đạt cực đại khi dòng điện đạt cực đại

uDòng điện trong mạch I =

3 Tìm mối liên hệ giữa , U|^(, và U:

R '+ Z 'Khi U'™* thì: Zl =

>Z,(Z, - Z , ) = R^

<=> ZlZc = R^ +Z^

Chú ý: L thay đổi khi công suất P| = ?2 còn kéo theo I;U |^;U c;Z;cos(p tưomg ứng bằng nhau.

Ví du 3: Cho mạch điện RLC mắc nối tiếp, độ tự cảm L thay đổi được Khi L = Li hoặc L = L2 thì hiệu điện thế hiệu dụng hai đầu cuộn cảm có giá trị bàng nhau Hỏi thay đối độ tự cảm của cuộn dây bằng bao nhiêu thì hiệu điện thế hai đầu cuộn cảm đạt giá trị cực đại?

Lj + L2

(0 = C (0 (R ^ + Z M

-ZcCco

(1)

hệ về giá trị đại số của (P|; (P2 và (Po ?

—— I" Zp — Zp +

z■^c

2Z(2 + R(tan 9 | + tan 9 j )Z(,R(tan 9, + ta n92) + 2 R ' ta n9, tan 92

(tan 9| + tan 9j) + 2 tan 9o tan 9| tan 9j

2 + tan 9 q(tan 9| + tan 92)

2 + — (tan 9 , + tan 9 j )Zp

=> (tan9 | + ta n 92)(l-ta n ^ 9 o) = 2 ta n 9 o(l - t a n 9 | tan 92)

Từ bảng biến thiên ta thấy Ur“ khi Zl = —- ^ ^

Chú ý: Các công thức rút ra từ các ví dụ trên từ nay được coi là công thức giải nhanh, nó trở thàrửi công cụ để giải các bài toán khác phức tạp hon Dưới đây là tổng họp lại các công thức trên cho trường hợp cuộn dây không thuần cảm và thuần cảm

Mach R LC , cuôn dây có điên t rở r

c

1 Thay đổi L để công suất, cường độ dòng

điện trên mạch đạt cực đại, khi đó:

cos (p = 1

(Ib)

2 Thay đổi L để hiệu điện thế 11'"“% khi đó:

Công suất trên mạch cực đại khi: L = —(L| + L 2)

í -i 1 \

(4) (3)

L “ 2V^I 1 ^2 7

lệch pha giữa u và i có giá trị đại số tương ứng CP,;(P2; cpo thoả mãn;

2U.2R

Ví du 7: Cho mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp Hiệu điện thế xoay chiều đặt vào hai