Title Chủ đề 2. Mạch điện xoay chiều chỉ chứa 1 phần tử R,L hoặc C.doc ✅

CHỦ ĐỀ 2. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ R HOẶC CHỈ C HOẶC CHỈ L MỤC LỤC A. TÓM TẮT LÍ THUYẾT 1 1. Mạch xoay chiều chỉ có điện trở: 1 2. Mạch xoay chiều chỉ có tụ điện 1 3. Mạch xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần 1 B. PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG TOÁN 3 Dạng 1. BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN ĐỊNH LUẬT ÔM VÀ GIÁ TRỊ TỨC THỜI 3 1. Định luật Ôm 3 2. Quan hệ giá trị tức thời 4 BÀI TẬP TỰ LUYỆN DẠNG 1 6 Dạng 2. BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN BIỂU THỨC ĐIỆN ÁP VÀ DÒNG ĐIỆN 9 BÀI TẬP TỰ LUYỆN DẠNG 2 14
2 Chủ đề 2. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ R HOẶC CHỈ C HOẶC CHỈ L A. TÓM TẮT LÍ THUYẾT 1. Mạch xoay chiều chỉ có điện trở:  R OI U x Đặt một điện áp xoay chiều 0uUcost vào hai đầu đoạn mạch chỉ có điện trở thuần R. Trong từng khoảng thời gian rất nhỏ, điện áp và cường độ dòng điện coi như không đổi, ta có thể áp dụng định luật Ôm như đối với dòng điện không đổi chạy trên đoạn mạch có điện trở thuần R: 0 0 Uu icostIcost RR Như vậy, cường độ dòng điện trên điện trở thuần biến thiên cùng pha pha với điện áp giữa hai đầu điện trở và có biên độ xác định bởi: 00UI4 R 2. Mạch xoay chiều chỉ có tụ điện a. Thí nghiệm: Khi khóa K mở đèn D sáng và K đóng đèn Đ sáng hơn. Vậy tụ điện đã cho dòng điện xoay chiều “ đi qua” và tụ điện có điện trở cản trở đối với dòng điện xoay chiều b. Giá trị tức thời của cường độ dòng điện và điện áp Giả sử giữa hai bản tụ điện M và N có điện áp xoay chiều: 0uUsint. Điện tích trên bản M ở thời điểm t là: 0.qCuCUsint Quy ước chiều dương của dòng điện là chiều từ A tới M thì dq i. dt x I O CU Do đó: 00diCUsintCUcost dt hay 0iIcost với 00ICU là biên độ của dòng điện qua tụ điện. Vì 00uUsintUcost 2     nên ta thấy cường độ dòng điện qua tụ điện biến thiên sớm pha /2 so với điện áp giữa hai bản tụ điện với 00ICU. Nếu đặt C 1 Z C  thì C U I Z Đó là công thức định luật Ôm cho đoạn mạch xoay chiều chỉ có tụ điện. Đối với dòng điện xoay chiều tần số góc  , đại lượng Z C giữ vai trò tương tự như điện trở đối với dòng điện không đổi và được gọi là dung kháng của tụ điện. Đơn vị của dung kháng cũng là đơn vị của điện trở (ôm). Tụ điện có tác dụng cản trở dòng điện xoay chiều đồng thời cũng có tác dụng làm cho cường độ dòng điện tức thời sớm pha /2 so với điện áp tức thời. 3. Mạch xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần Cuộn dây dẫn có độ tự cảm L nào đó gọi là cuộn cảm. Đó thường là cuộn dây dẫn hoặc ống dây dẫn hình trụ thắng, hình xuyến có nhiều vòng dây. Điện trở r của cuộn dây gọi là điện trở thuần hay điện trở hoạt động của nó. Nếu r không đáng kế thì ta gọi cuộn dây là cuộn cảm thuần. a) Thí nghiệm K AB L AB L I x O LU Trong cơ đồ này, L là cuộn cảm thuần có lõi sắt dịch chuyển được. Nhờ vậy, có thể thay đổi được độ tự cảm của cuộn cảm. Nếu mắc A, B với nguồn điện một chiều thì sau khi đóng hay mở khóa K, độ sáng của đèn Đ hầu như không đổi. Nếu mắc A, B với nguồn điện xoay chiều thì sau khi khóa K đóng, đèn D sáng hơn rõ rệt so với khi khóa K mở. Khi K mở nếu ta rút lõi sắt ra khỏi cuộn cảm thì độ sáng của đèn tăng lên. Thí nghiệm này chứng tỏ cuộn cảm có tác dụng cản trở dòng xoay chiều. Tác dụng cản trở này phụ thuộc vào độ tự cảm của nó. b) Giá trị tức thời của cường độ dòng điện và hiệu điện thế Giả sử có một dòng điện xoay chiều cường độ: 0iIcost5 chạy qua cuộn cảm thuần có độ tự cảm L. Chiều dương của dòng điện qua cuộn cảm được quy ước là chiều chạy từ A tới B. K Đ C MN B AB u C MN
3 Đây là dòng điện biến thiên theo thời gian nên nó gây ra trong cuộn cảm một suất điện cảm ứng: 0 di eLLIsint dt Điện áp giữa hai điểm A và B là: ABuRe. Trong đó R AB là điện trở của đoạn mạch có giá trị bằng 0 nên 00ueLIsintuUcost 2     với 00ULI Vậy cường độ dòng điện qua cuộn cảm thuần biến thiên điều hòa cùng tần số nhưng trễ pha /2 đối với điện áp giữa hai đầu cuộn cảm với 00ULI . Nếu đặt LZL thì L U I Z Đây là công thức Định luật Ôm đối với đoạn mạch xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần. Đối với dòng điện xoay chiều tần số góc ω, đại lượng LZL đóng vai hò tương tự như điện trở đối với dòng điện không đổi và được gọi là cảm kháng. Đơn vị của cảm kháng cũng là đơn vị của điện trở (ôm).
4 B. PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG TOÁN 1. Bài toán liên quan đến định luật Ôm và giá trị tức thời. 2. Bài toán liên quan đến biếu thức điện áp và dòng điện. Dạng 1. BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN ĐỊNH LUẬT ÔM VÀ GIÁ TRỊ TỨC THỜI 1. Định luật Ôm Mạch chỉ có R: 0 0 UU I;I RR Mạch chỉ C: 0 0 CC UU I;I ZZ với C 1 Z C  Mạch chỉ L: 0 0 LL UU I;I ZZ với LZL. VÍ DỤ MINH HỌA Ví dụ 1: Đặt vào hai đầu một cuộn cảm thuần L một điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng u không đổi và tần số f thay đổi. Khi f = 60 Hz thì cường độ hiệu dụng qua L là 2,4 A. Để cường độ hiệu dụng qua L bằng 3,6 A thì tần số của dòng điện phải bằng A. 75 Hz. B. 40 Hz. C. 25 Hz. D. 502Hz Hướng dẫn  1 11 21 12 2 2 U I 2fLIUU2,4 Iff60.40Hz UZ2fLI3,6 I 2fL           Ví dụ 2: Một tụ điện khi mắc vào nguồn uU2cos100t(V) thì cường độ hiệu dụng qua mạch là 2 A. Nếu mắc tụ vào nguồn uUcos120t0,5(V) (V) thì cường độ hiệu dụng qua mạch là bao nhiêu? A. 1,22 B. 1,2A C. 2A D. 3,5A. Hướng dẫn 111222 2 222C11`1 ICUIUU IC.UI1,22(A) ICUZIU     Chọn A. Ví dụ 3: Một tụ điện khi mắc vào nguồn 1 thì cường độ hiệu dụng qua mạch là 3 A. Nếu mắc tụ vào nguồn 2 thì cường độ hiệu dụng qua mạch là bao nhiêu? Trên hình vẽ là đồ thị phụ thuộc thời gian của điện áp nguồn 1 và nguồn 2. A. 1,6−72 A. B. 1,6A. C. 2A. D. 3,5A Hướng dẫn Từ đồ thị ta nhận thấy: 3 010211U150V;U100V;T/45.10sT0,02s 3222T/12T/425.10/3T0,025s 111022221 222C111201 ICUUIUTU ICU ICUZIUTU     22I0,02100.I1,6A 30,025150 Chọn B. Ví dụ 4: Đoạn mạch điện xoay chiều tần số f 1 = 60 Hz chỉ có một tụ điện. Nếu tần số là f 2 thì dung kháng của tụ điện tăng thêm 20%. Tần số A. f 2 = 72Hz. B. f 2 = 50 Hz. C. f 2 =10Hz. D. f 2 = 250 Hz. Hướng dẫn C2112 C12 Zff 100%20%1,2f50Hz Zf1,2 Chọn B. Chú ý: 1) Điện dung của tụ điện phẳng tính theo công thức: 9 .S C 9.10.4d    (  là hằng số điện môi, d là khoảng cách giữa hai bản tụ và S là diện tích đối diện giữa các bản tụ). 2) Khi chất điện môi trong tụ là không khí thì 01 nên 09 S C 9.10.4d  và cường độ hiệu dụng chạy qua tụ 0 C U I.CU Z t(s) (1) (2)0 0,5 1 1,5 u(x100V) 0,5 1 1,5 525/3