Bài giảng vật lí 12 thao giảng các mạch điện xoay chiều (1)

TIẾT 22 - BÀI 13

Bài 13 - tiết 1- Lớp 12CB

CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU

Giáo viên: Lê Thị Lượng
Trường THPT Vĩnh Tường
Vĩnh Phúc


TIẾT 22 - BÀI 13

CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU

KIỂM TRA BÀI CŨ
1. Viết biểu thức cường độ dòng điện xoay chiều
tổng quát, gọi tên của các đại lượng.
2. Viết biểu thức dòng điện có biên độ 10A, tần số
50Hz và có pha ban đầu bằng 0.
3. Viết biểu thức hiệu điện thế có biên độ 200V, cùng
tần số với dòng điện trên, lần lượt cùng pha, sớm pha
vuông góc, trễ pha vuông góc với dòng điện trên.


CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU
Các thiết bị tiêu thụ điện có rất nhiêu loại. Có thiết bị chỉ có tác dụng
tỏa nhiệt như ấm đun nước, bàn là, bóng đèn dây tóc….
* Những thiết bị này gọi chung là điện trở thuần
R

CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU
Có loại thì có có tác dụng sinh ra từ trường như máy biến áp, chấn lưu
đèn ống, …
* Những thiết bị này gọi chung là cuộn cảm

L


CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU
Có loại có tác dụng tích điện. Đó là những chiếc tụ điện

C

Như vậy các thiết bị tiêu thụ điện mặc dù có rất nhiều nhưng có thể
được phân thành ba loại:
Điện trở

R

Tụ điện
C

Cuộn cảm.
L


CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU

u

* Độ lệch pha giữa điện áp và dòng
điện trong đoạn mạch xoay chiều

i

+ Biểu thức dòng điện:

i = I0 cos ( ωt + ϕi ) = I 2 cos ( ωt + ϕi )

∼

Mạch tiêu thụ

+ Biểu thức điện áp:

u = U 0 cos ( ωt + ϕu ) = U 2 cos ( ωt + ϕu )
+ Dòng điện và điện áp có cùng tần số góc ω (cùng f, cùng T)

+ Độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện:

ϕ = ϕu − ϕi


CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU

+ Nếu ϕi = 0, biểu thức dòng điện:

i = I0cosωt = I

u

2 cosωt
i

+ Khi đó ϕu = ϕ biểu thức điện áp sẽ là:

u = U0cos(ωt+ϕ) = U

2 cos(ωt+ϕ)

+ ϕ là độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện:
Nếu:

∼

ϕ>0
ϕ<0

u sớm pha ϕ so với i

ϕ=0

u cùng pha với i

u trễ pha ϕ so với i

Mạch tiêu thụ

I. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ ĐIỆN TRỞ THUẦN
Điện áp hai đầu đoạn mạch: u

= U 2 cos ( ωt )
U

Cường độ dòng điện tức thời trong mạch:

u U
=
2 cos ( ωt ) = I 2 cos ( ωt )
i=
R R

i

∼
R

1. Quan hệ giữa điện áp và cường độ dòng điện:
u cùng pha với i: ϕu= ϕi.
2. Định luật Ôm:

I=

U
R

hay U = I.R

Nội dung định luật Ôm đối với mạch điện xoay chiều thuần điện trở.
SGK


I. MẠCH THUẦN R

i = I0R cosωt = I

2

u = U0R cosωt = U

cosωt
2

U

cosωt
i

Mạch thuần R: u, i cùng pha
3. Giản đồ vectơ:
UoR

O

U
I=
R

IoR

U0
I0 =
R

U 0 = I0 .R

u i

∼
R


* Kết luận về đoạn mạch chỉ chứa điện trở thuần

1. Quan hệ giữa điện áp và cường độ dòng điện i

i = I 2 cos ( ωt )

R
U R= U

u = U 2 cos ( ωt )

U
2. Định luật Ôm:
I=
hay U = I.R

R
3. Pha: uR cùng pha với i hay ϕuR = ϕi
+ Giản đồ vectơ

+ Biên độ:

U0
I0 =
R

O
hay

UoR

U 0 = I0 .R

IoR


II. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN

Đ

Bố trí TN như hình vẽ
Đặt nguồn điện vào AB

1. Thí nghiệm

A

1

a.Khi UAB=U điện áp 1 chiều
* K ở chốt 1: Đ sáng
* K ở chốt 2: Đ không sáng

C

u

K

B

2

Dòng điện không đổi không qua được tụ điện

Đ
Đ

b. Khi uAB=U0cos(ωt+ϕ): điện áp xoay chiều
* K ở chốt 1: Đ sáng
* K ở chốt 2: Đ vẫn sáng, những độ sáng giảm
Tụ điện cho dòng điện xoay chiều đi qua nhưng có tác
dụng cản trở dòng điện xoay chiều, gây ra dung kháng


II. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN

∼

2. Khảo sát mạch điện xoay thuần C

a. Điện áp giữa hai bản tụ điện:

u = U0cosωt = U
+ Điện tích của tụ điện:

i

u

C

2 cosωt

q = Cu = CU

2

cosωt

∆q
+ Cường độ dòng điện trong mạch i =
hay i = dq
dt
∆t
i = q’ = Cu’ = - ωCU 2 sinωt = ωCU 2 cos(ωt+π/2)

i = ωCU

2 cos(ωt+π/2) = I 2 cos(ωt+π/2)

Với I = ωCU

u= U
i=I

2 cosωt
2 cos(ωt+π/2)


II. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN

∼

2. Khảo sát mạch điện xoay chiều thuần C
i

u= U 2 cosωt
i = I 2 cos(ωt+π/2)

u
C

Mạch thuần C: u chậm pha hơn i góc π/2 ϕuC = ϕi - π/2
b. Nếu ϕi=0 thì:

i= I 2 cosωt

u = U 2 cos(ωt-π/2)

* Định luật Ôm cho đoạn mạch chỉ chứa tụ điện:

U
Từ công thức: I = ωCU ⇒ I =
1
ωC
1

Đặt ZC =

ωC

U
⇒ I=
ZC

ZC gọi là dung kháng (Ω)


II. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN

∼

2. Khảo sát mạch điện xoay chiều thuần C

c. Pha dao động: Điện áp giữa hai bản tụ
trễ pha π/2 so với cường độ dòng điện
π

ϕuC = ϕi −
2

i= I 2 cosωt
u = U 2 cos(ωt-π/2)

i

u
C


II. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN u
∼
i = I 2 cos ωt
π

u = U 2 cos  ωt − ÷
2


i

C

* Giản đồ vector cho đoạn mạch chỉ chứa tụ điện:

O
VD: u = 220 2 cos100 πt ( V )

1
C=
F
1000π
Tính ZC?
Tính I?
Viết biểu thức i?

IoC
UoC

ZC = 10 Ω
I=22A

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:

∼
i

u

C

1
1
ZC =
=
ωC
2πfC

* Ý nghĩa dung kháng
ZC đặc trưng cho tính cản trở dòng xoay chiều của tụ điện.
Dòng điện có tần số càng cao thì ZC cảng giảm, càng dễ đi
qua. Gây ra sự chậm pha π/2 của u so với i .


CỦNG CỐ

* Kết luận về đoạn mạch thuần C
i = I 2 cos ( ωt )

U
I=
ZC

π  Định luật Ôm:

u = U 2 cos  ωt − ÷
2


Dung kháng

+ Giản đồ vectơ:

1
1
ZC =
=
ωC 2πfC

O
IoC
UoC

+ Biên độ:

U 0 = ZC I 0


BÀI TẬP:
Cho đoạn mạch điện như hình vẽ.

Biết

Khi đặt điện áp xoay chiều u vào
hai đầu mạch thì dòng điện qua
mạch là:

10−4
R = 60Ω, C =

F
π
R

A

C

M

B

π

i = 0,5 2 cos 100πt + ÷( A )
2

a. Tính dung kháng của mạch?
b. Điện áp hiệu dụng: UAM ; UMB?
c. Viết biểu thức điện áp tức thời giữa A và M ; giữa M và B?


Bài giải:

R
A

C
M

a. Dung kháng của mạch:

B

1
ZC =
= ...
Cω

= 100Ω

b. Điện áp hiệu dụng: U AM = RI = ...= 30V
U MB = ZC I = ...= 50V

c. Viết biểu thức điện áp tức thời :
u AM = U AM

π

2 cos 100πt + ÷ = ...
2


u MB = U MB 2 cos ( 100πt ) = ...

u AM

π

= 30 2 cos 100πt + ÷( V )

2


u MB = 50 2 cos ( 100πt ) ( V )


XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN