bài 14 mạch có r, l,c mắc nối tiếp - bài giảng vật lý 12

Bài 14


Kiểm tra bài cũ
Câu 1: Công thức xác định dung kháng của tụ điện C đối với tần số f là:
A : Z C  2. . f .C

B : Z C   . f .C

1
C : ZC 
2. . f .C

D : ZC 

1
 . f .C

Câu 2: Công thức xác định cảm kháng của cuộn cảm L đối với tần số f

A : Z L  2. . f .L

B : Z L   . f .L

C : ZL 

1
2. . f .L

D : ZL 

1
 . f .L

Câu 3: Điện áp tức thời giữa hai đầu của mạch điện xoay chiều là:
u  80 cos100t (V ) Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch đó là bao

nhiêu?
A : 80V

B : 40V

C : 40 2V

D : 80 2V


KIỂM TRA BÀI CŨ

Câu 4: Biểu thức nào không phải biểu thức của định luật Ôm
A: I 

UR
R

B:I 

UL
ZL

C : I  U .R

UC
D:I 
ZC

Vậy: Mạch điện xoay chiều gồm các phần tử R, L, C mắc nối
tiếp biểu thức của định luật Ơm và góc lệch pha giữa u và i
đƣợc tính nhƣ thế nào?


I - PHƯƠNG PHÁP GIẢN ĐỒ FRE-NEN

Thảo luận trả lời câu hỏi C1?
1)Định luật về điện áp tức thời :
C1: Hiệu điện thế trong
Trong mạch điện xoay chiều gồm
mạch một chiều gồm nhiều
RN
1
2
nhiều đoạn RmạchRmắc R3tínhtiếp thì điện áp tức
nối bằng
điện trở được
thời giữa hai đầu của mạch bằng tổng đại số
biểu thức nào?
I
U
U3
các điện áp 1 tức U2
thời giữa hai đầu UN

của từng
U
đọan mạch ấy = U1+ U2 + U3 + … + UN
u = u1 + u2 +….+un


2) Phương pháp giản đồ Fre-nen :
Mạch

Các véctơ quay U và I

R

UR

u, i cùng pha

I

Đinh luật Ôm
UR = IR

C

u trễ pha


so với i
2

UC

I

UC = IZC

L


u sớm pha so với i
2

UL

I

UL = IZL

Nhận xét vị trí tƣơng hỗ của các véctơ điện áp hai
đầu mỗi đoạn mạch với véctơ cƣờng độ dòng điện
trong mạch

Thảo luận trả lời câu hỏi C2?


II- MẠCH CĨ R,L,C MẮC NỐI TIẾP
1) Định luật Ơm cho đoạn mạch có R,L,C mắc nối tiếp-Tổng trở :
A

C

L

R
M

N

B

Giả sử cho dịng điện trong đoạn mạch có biểu thức :

i  I 2 cos(t )( A) Ta viết đƣợc biểu thức các điện áp tức thời:
- 2 đầu R :
- 2 đầu L :
- 2 đầu C :

uR  U R 2 cos(t )(V )

uL  U L 2 cos(t  )(V )
2



uC  U C 2 cos(t  )(V )
2

- Điện áp thức thời giữa A và B :

u  uR  uL  uC

 U 2 cos(t   )(V )

- Phƣơng pháp giản đồ Fre-nen:
U  U R  U L  UC


? HÃY VẼ CÁC VECTO

TRÊN CÙNG MỘT GIẢN ĐỒ VỚI UL
U R ; U L ;U C


UL

I

UR


U LC
UC
Với

Z 

U
Nghĩa là:

I 

U
R 2  ( Z L  ZC )2

R  ( Z L  ZC )
2

2

U

Z

Gọi là tổng trở của mạch


? Hãy vẽ giản đồ Fresnen với UL> UC.
UL

+
U

ULC
o



UR

UC
Hình 14.3

I


Định luật Ôm :

U
I
Z

Cường độ hiệu dụng trong một
mạch điện xoay chiều có điện trở R, L, C
mắc nối tiếp có giá trị bằng thương số của
điện áp hiệu dụng của mạch và tổng trở
của mạch:


2) Độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện :
tan  

U L  U C Z L  ZC
Với φ là độ lệch pha của u đối với i.

UR
R
UL

• Nếu ZL > ZC    0 : u sớm pha hơn i ( tính cảm kháng )

+

 Nếu ZL < ZC
ULC

   0 : uUtrễ pha hơn i ( tính dung kháng )

?

 Nếu : ZL = Zc
o

: u cùng pha i



3) Cộng hưởng điện :I
UR

1
 
LC
Điều kiện có cộng hƣởng điện?
2

a) ĐKCH : ZL = ZC :
UC

b) Hệ quả :

I max 

Hình 14.3
U
U

Z min



R


Củng cố
2
2
Tổng trở mạch R L C nối tiếp: Z  R  (Z L  ZC )

Định luật Ôm cho đoạn mạch xoay chiều có R,L, C mắc nối tiếp:

I

Cơng thức tính góc lệch pha  giữa điện áp và dòng điện: tan φ =
Nếu ZL > ZC: điện áp u sớm pha so với dòng điện i.

Nếu Zl < ZC: điện áp u trễ pha so với dòng điện i.
Cộng hưởng điện xảy ra khi ZL = ZC hay

Khi đó I sẽ lớn nhất: Imax=

U
R

ω2

1
=
hay ω2LC = 1.
LC

U
Z

ZL– ZC
R


Dòng nào ở cột A tương ứng với cột B

A

B

1. Mạch R
2. mạch R, C nối tiếp
3. mạch R, L nối tiếp
4. mạch R, L, C nối tiếp (ZL>ZC)
5. mạch R, L, C nối tiếp (ZL6. mạch R, L, C nối tiếp (ZL=ZC)

Đáp án

1
e

2
c

a.
b.
c.
d.
e.
f.

3
a

4
a

u sớm pha so với i

u sớm pha 2 so với i
u trễ pha so với i

u trễ pha 2 so với i
u cùng pha so với i
Cộng hưởng

5
c

6
f


Gọi φ = φu - φi
Mạch R => φ = 0 => u cùng pha so với i.
Mạch R, C nối tiếp => tan φ = -

ZC

1e

< 0 => φ < 0 => u trễ pha so với i.

2c

> 0 => φ > 0 => u sớm pha so với i.

3a

R
Mạch R, L nối tiếp => tan φ =

ZL
R

Mạch R, L, C nối tiếp (ZL > ZC) => tan φ =

so với i.

ZL - Z C
R

> 0 => φ > 0 => u sớm pha
4a

Mạch R, L, C nối tiếp (ZL < ZC) => tan φ =
so với i.
Mạch R, L, C nối tiếp (ZC = ZL) => tan φ =
điện.

ZL - ZC
R
ZL - ZC

< 0 => φ < 0 => u trễ pha
5c
= 0 => φ > 0 ; cộng hưởng

R
6f


1. NẾU CUỘN DÂY CÓ ĐIỆN TRỞ THUẦN R0 TA TÁCH
THÀNH HAI PHẦN TỬ ĐIỆN TRỞ R0 NỐI TIẾP VỚI CUỘN
CẢM THUẦN
R

R0,L

R

C

coi nhƣ

U  (U R  U R0 ) 2  (U L  U C ) 2

Z  ( R  R0 ) 2  (Z L Z C ) 2
Z L  ZC
tan  
R  R0

R0

L

C


2. Nếu trong mạch ta xét thiếu phần tử nào trong các công thức
ta cho các giá trị của phần tử đó bằng 0
a . Mạch có R, L nối tiếp
R

ZC = 0 ; UC = 0
2
2

U  UR UL

L

U

Z 

UL
O



I
UR

2
R2  ZL

tan  

UL
Z
 L
UR
R

u luôn luôn sớm pha hơn i

b. Mạch có R, C mắc nối tiếp

U  U R UC
2

R

C

UR
O



I

Z 

2

2
R2  ZC

U C  Z C
tan  

UR
R

UC

u luôn luôn trễ pha so với i
U


b. Mạch có L, C mắc nối tiếp
L

U  U L  UC

C

Z  Z L  ZC
UL

I

O

U L  UC      2

U L  UC     2
UC


VẬN DỤNG
1. Biểu thức định luật Ôm cho mạch điện xoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp:

I

U
R 2  (Z L  ZC )2



U
(1)
Z

Z  R 2  (Z L  ZC ) 2 (2) gọi là tổng trở của mạch
2. Góc lệch pha giữa u và i:

U L  UC Z L  ZC
tan  

UR
R


VẬN DỤNG
Bài 1: Cơng thức tính tổng trở của mạch điện xoay chiều có RLC mắc nối tiếp:
A : Z  R 2  (Z L  Z C ) 2

B : Z  R 2  (Z L  Z C ) 2

C : Z  R 2  (Z L  Z C ) 2

D : Z  R 2  (Z L  Z C ) 2

Bài 2: Cơng thức tính góc lệch pha giữa u và i:

A : tan  

Z L  ZC
R

ZL  R
C : tan  
ZC

B : tan  

D : tan  

Z L  ZC
R

ZL  R
ZL


VẬN DỤNG
Bài 3: Mạch điện xoay chiều gồm R, L, C mắc nối tiếp, có :

R  30; Z L  60; Z C  30
a. Tính tổng trở của mạch

b. Tính góc lệch pha giữa u và i và nhận
xét
2
2

Z  R  ( Z L  ZC )

Z  302  (60  30)2  302  302  30 2
tan  



Z L  Z C 60  30


 1    (rad )
R
30
4



 0 u sớm pha
so với i
4
4


VẬN DỤNG
BÀI 4: CƢỜNG ĐỘ DÕNG ĐIỆN LUÔN LUÔN SỚM PHA HƠN HIỆU ĐIỆN

THẾ Ở HAI ĐẦU ĐOẠN MẠCH KHI
A. ĐOẠN MẠCH CÓ R VÀ C MẮC NỐI TIẾP
B. ĐOẠN MẠCH CÓ

L VÀ C MẮC NỐI TIẾP
C. ĐOẠN MẠCH CÓ R VÀ L MẮC NỐI TIẾP
D. ĐOẠN MẠCH CHỈ
CÓ CUỘN CẢM L
Bài 5: Trong mạch điện xoay chiều chỉ có L (cuộn dây thuần cảm)và C nối tiếp .
Trong trƣờng hợp nào thi hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch sớm pha hơn cƣờng
độ dịng điện góc .
A.ZL < ZC
B. ZL = ZC
C.ZL=0,5ZC
D. ZL > Zc


VẬN DỤNG
Bài 6: Cho mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp, có:

R  30; C 

1
0,1
F; L  H
4000


Điện áp tức thời ở hai đầu đoạn mạch là: u  120 2 cos100t (V )

Viết biểu thức của dòng điện trong mạch

ZC 

1

C

1

 40

1
4000
0,1
Z L  L  100 .
 10
100 .



Z  R 2  ( Z L  Z C ) 2  30 2  (10  40) 2  30 2
I0 

U 0 120 2

 3( A)
Z
30 2


VẬN DỤNG
Z L  Z C 10  40


tan  

 1     (rad )
R
30
4


   u   i  0   i     i  (rad )
4
4

i  3 cos(100t 


4

)( A)