Bài giảng vật lí 12 thao giảng các mạch điện xoay chiều (13)

TIẾT 23 - BÀI 13
CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU
KIỂM TRA BÀI CŨ


Viết biểu thức cường độ dòng điện xoay chiều
tổng quát, gọi tên của các đại lượng.



Viết biểu thức dòng điện có cường độ hiệu dụng 5A, tần số
50Hz và có pha ban đầu bằng 0.



Viết biểu thức định luật Ôm đối với dòng không
đổi cho đoạn mạch điện trở.


TIẾT 23 - BÀI 13

CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU

* Quan hệ giữa điện áp và dòng
điện trong đoạn mạch xoay chiều

u

∼

+ Biểu thức dòng điện:

i = I0 cos ( ωt ) = I 2 cos ( ωt )

+ Biểu thức điện áp:

i
Mạch tiêu thụ

u = U0 cos ( ωt + ϕ ) = U 2 cos ( ωt + ϕ )

+ Độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện:
Nếu:

ϕ > 0 :u sớm pha
ϕ < 0 :u trễ pha
ϕ=0

ϕso với i
ϕ so với i

:u cùng pha với i

ϕ


I. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ ĐIỆN TRỞ
a). Quan hệ giữa điện áp và dòng điện

i = I 2 cos ( ωt )

U

u = U 2 cos ( ωt )
b) Định luật Ôm:

U
I=
R

∼
R

i

? Kết luận về pha giữa uR (u) và i trong đoạn mạch xoay chiều
? Phát biểu định luật
Ôm
đối
vớitrở.
mạch điện xoay chiều
chỉ
chứa
điện
c) Pha:
thuần điện trở.

uR cùng pha với i:

ϕuR = ϕi

* Đồ thị biểu diễn cường độ dòng điện i
và hiệu điện thế u
U

∼
R

i

* Biểu diễn bằng vectơ quay của i và u
O

I

U

x+

i = I 2 cos ( ωt )

u = U 2 cos ( ωt )

U
I


II. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN
2.Mạch điện xoay chiều chỉ chứa tụ điện

a). Quan hệ giữa điện áp và dòng điện :
u

i = I 2 cos ωt
*

π

u = U 2 cos  ωt − ÷
2


Pha :

∼
i

C

- Điện áp giữa hai bản tụ trễ pha π/2 so với cường độ dòng điện.
Hay cường độ dòng điện sớm pha π/2 so với điện áp hai đầu tụ.


II. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN
2.Mạch điện xoay chiều chỉ chứa tụ điện

a)Quan hệ giữa điện áp và dòng điện :
u

i = I 2 cos ωt

∼

π

u = U 2 cos  ωt − ÷
2


i

C

b) Định luật Ôm:

U
I=
ZC

1
ZC =
ωC

ZC

gọi là dung kháng của tụ
Ω
( )

* Đồ thị biểu diễn cường độ dòng điện i
và hiệu điện thế u
u

∼
i

C

* Biểu diễn bằng vectơ quay
I

O
π
−
2

U

+
x

i = I 2 cos ωt
π

u = U 2 cos  ωt − ÷
2


U
I


II. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN
2.Mạch điện xoay chiều chỉ chứa tụ điện

VD:

u = 220 2 cos100πt ( V )
1
C=
F
1000π

Tính ZC?
Tính I?
Viết biểu thức i?

∼
i

u

C

1
ZC =
= 10Ω
ωC

U
I=
= 22A
ZC

π

i = 22 2 cos 100πt + ÷( A )
2



II. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN
3. Ý nghĩa của dung kháng:
* Biểu thức:
* Ý nghĩa:

ZC

1
1
=
=
ωC
2πfC

∼
i

u

C

+ Dung kháng đặc trưng cho tính cản trở dòng xoay
chiều của tụ điện.
+ Đối với dòng không đổi: ZC=∞ nên dòng không đổi không
đi qua được tụ

+ Dòng điện có tần số càng cao thì dung kháng càng
giảm, càng dễ đi qua tụ.
+ Tụ có C càng lớn thì ZC càng nhỏ và dòng xoay chiều càng ít bị cản
trở

+Dung kháng có tác dụng làm cho i sớm pha π/2 so với u


III. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ CUỘN CẢM THUẦN
2. Mạch điện xoay chiều chỉ chứa cuộn cảm thuần (r=0)
u
a) Quan hệ giữa
dòng điện điện và áp :

i = I 2 cos ( ωt )

b) Định luật Ôm: I =

i

∼

L

π

u = U 2 cos  ωt + ÷
2


U

ZL

ZL = ωL :gọi là cảm kháng

c) Pha: điện áp sớm pha π/2 so với
cường độ đòng điện. Hay cường độ
dòng điện trễ pha π/2 với điện áp.

? Hãy nhận xét về
quan hệ giữa điện
áp và cường độ
dòng điện trong
đoạn mạch chỉ chứa
cuộn thuần cảm!

ϕuL

π
= ϕi +
2

* Đồ thị biểu diễn cường độ dòng điện i
và hiệu điện thế u
u

∼
i

C

* Biểu diễn bằng vectơ quay của i, và u
I

O
π
−
2

U

+
x

i = I 2 cos ( ωt )

U

π


u = U 2 cos  ωt + ÷
2


I


III. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ CUỘN CẢM THUẦN

3. Ý nghĩa của cảm kháng
* Biểu thức cảm kháng: Z
* Ý nghĩa:

L

= ωL
= 2πfL

∼

+ Đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện xoay chiều của cuộn cảm

+ Dòng điện có tần số càng cao thì cảm kháng càng lớn, tức là càng khó
đi qua.
+ Cuộn cảm có L càng lớn thì cảm kháng càng lớn hay cản trở nhiều đối
với dòng xoay chiều

+ Đối với dòng điện không đổi:
+ Cảm kháng có tác dụng
làm cho i trễ pha π/2 so với u

ZL=0; đóng vai trò là dây dẫn.


III. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ CUỘN CẢM thuần

VD:

u = 30 2 cos100πt ( V )

0, 2
Tính ZL?
L=
H, r = 0
π
Tính I?
Viết biểu thức i?

ZL = ωL = 20Ω

U
I=
= 15A
ZL

π

i = 15 2 cos 100πt − ÷( A )
2


∼


1. Cho một đoạn mạch như hình vẽ
A

B
X

Nếu đặt vào hai đầu đoạn mạch AB một điện áp xoay chiều
(uAB) thì cường độ dòng điện tức thời chạy trong đoạn mạch
có dạng:
0
i

i = I cos(ωt + φ ) ( A)

Hãy viết phương trình uAB Nếu

X là điện trở thuần (R )
X là tụ điện ( C )
X là cuộn cảm
thuần (L)


2. Trong mạch điện xoay chiều
chỉ có tụ điện, ta có thể có
A. u=U0cos (ωt)( V ); i =I0cos (ωt - π/2)( A ).
B. u=U0cos (ωt + π/2)( V ); i =I0cos (ωt)( A ).

C. u=U0cos (ωt - π/4)( V ); i =I0cos (ωt + π/4)( A ).
D. u=U0cos (ωt - π/2)( V ); i =I0cos (ωt - π/2)( A ).


3. Đặt điện áp u=U0cos (ωt)(V) vào hai đầu
một cuộn cảm thuần. Cường độ dòng
điện chạy qua cuộn cảm có thể là
A. i =I0cos (ωt + π/2)(A).
B. i =I0cos (ωt)(A).
C. i =I0cos (ωt - π/2)(A).
D. i =I0cos (ωt + π/4)(A).


4. Chọn câu sai?
Đặt vào hai đầu đoạn mạch xoay chiều chỉ có
tụ điện C = 100/π µF một hiệu điện thế xoay
chiều u = 100 2 cos100π t (V ) . Khi đó
A. dung kháng của tụ là 100 Ω.
B. dòng điện qua mạch có cường độ hiệu dụng là 1 A .

π
C. biểu thức cường độ dòng điện qua mạch là i = 2cos(100π t + )( A)
2
D. cường độ dòng điện qua mạch biến thiên với chu kì 0,02s.


BÀI TẬP:

10−4
Cho đoạn mạch điện chỉ có tụ điện C =

F
π
Khi đặt điện áp xoay chiều u vào hai đầu mạch thì dòng điện qua
π

mạch là:
i = 0,5 2 cos 100 πt + ÷( A )
2


a/ Tính dung kháng của mạch?
b/ Viết biểu thức điện áp tức thời giữa hai đầu đoạn mạch.
HD:

a/ Dung kháng của mạch:

ZC =

1
= ... = 100Ω
Cω

b/ Viết biểu thức điện áp tức thời :
U = ZC I = ... = 50V
u = U 2 cos ( 100πt ) = ...

u = 50 2 cos ( 100 πt ) ( V )


Hướng Dẫn Về Nhà

1/ Nắm vững các kiến thức cơ bản của bài
2/ Ôn tập phương pháp giản đồ Fre-nen
3/Ôn tập về đoạn mạch điện mắc nối tiếp
4/ BTVN: 3,4,7,8,9 SGK


Xin chân thành cảm ơn
các thầy cô!