Cộng hưởng trong dòng điện xoay chiều

www.truongthi.com.vn Lớp học qua mạng Bài 13: Cộng hưởng trong dong điện xoay chiều A.Trả lời câu hỏi kỳ trước: 1./ Làm thế nào để biết cuộn dây có điện trở hay không? L C C R Nếu đầu bài không nói rõ cuộn dây có điện trở hay không có điện trở thì có thể dựa vào các điều kiện mà đầu bài đã cho để xác định xem cuộn dây có điện trở hay không. Ví dụ: D A B • Dựa vào góc lệch pha giữa i và UAB: ϕ1 Nếu ϕ1 = π/2 thì cuộn dây không có điện trở (U2 lệch pha π/2 so với i) Nếu ϕ1 ≠ π/2 thì cuộn dây có điện trở • Dựa vào quan hệ giữa UAC với UAB Nếu UAC2 = UAC2 + UBC2 thì cuộn dây không có điện trở Khi đó UAC2 = UL2 + UR2 Nếu UAC2 ≠ UAC2 + UBC2 thì cuộn dây phải có điện trở Ta có thể gặp nhiều trường hợp khác nữa, các em có thể tự tiến tới để suy ra cách làm tương tự. 2./ Bài tập a) Biểu thức của e Từ thông qua cuộn dây φ = NBS cosα = NBScos(ωt + ϕ) Theo giả thiết: Khi t = 0 thì khung dây vuông góc với đường sức => góc giữa B → và pháp tuyến của khung dây α = 0 u → 0 .0tα ω 0ϕ α ϕ ϕ⇒ = + ⇒ = + ⇒ = Vậy φ = NBS cosαt => e= - φ’(t) = NBS ωsinωt Vì f = 3000vòng/phút = 50vòng/giây => ω = 2πf = 2π.50 = 100π = 314(s-1) E0 = NBSω = 200.0,15. 0,15.0,2.314 = 282,6V => e = E0 nωt = 282,6sin100πt.(V) b) Khi t= 0,005s: E=282,6sin100π.0,005=282,6sinπ/2 = 282,6V Khi t=0,01s e = 282,6sin100π.0,01 = 282,6sinπ = 0 B. Bài giảng: Cộng hưởng trong mạch xoay chiều I. Hiện tượng cộng hưởng: Môn Vật Lý si T Trườnhầy giáo Đỗ Lệnh Điện g PTTH Hà Nội – Amsterdam. www.truongthi.com.vn Lớp học qua mạng Dòng điện chạy trong mạch xoay chiều là 1 dao động cưỡng bức. Nguồn cưỡng bức là hiệu điện thế đặt vào mạch u=U0sinωt. Khi đó dòng điện trong mạch là 1 dao động có cùng tần số ω với nguồn. Mạch R,L,C là một mạch dao động có tần số riêng ωn= 1 LC Khi tần số của nguồn ω = ωr = 1 LC thì ω2= 1 LC Lω=1/Cω tức là ZL=ZC do đó Zmin= R => I0max = 0 0 min U U Z R = => Biên độ của dòng điện tức là bien độ của dao động cưỡng bức đạt cực đại II/ Cách tạo ra cộng hưởng: Để 1L C ω ω = (Chú ý ki cộng hưởng u đồng pha với i ) 1. Giữ nguyên L,C thay đổi tần số của nguồn cưỡng bức ω 2. Giữ nguyên tần số cưỡng bức ω, thay đổi tần số riêng của mạch dao độn thay đổi L hoặc C 3. Hay gặp nhất là thay đổi C băng cách sử dụng tụ xoay C B L U Ví dụ 1 : Cho mạch điện như hình vẽ 150 2 sin 2 ( )u fπ= t v A Ămpe kế có điện trở không đáng kể chỉ 0,5A Dùng vônkế có điện trở rất lớn do các hiệu điện thế trong mạch thì vônkế ch UBD=70V a) Tại sao có thể kết luận cuộn dây có điện trở. Tính R và ZL, ZC b) Thay đổi tần số của hiệu điện thế đặt vào mạch thì đến khi taanf số băng f0= chỉ ămpe kế đạt cực đại. Tính L,C và tần số f ban đầu Giải: a) Cuộn dây có R: Môn Vật Lý Thầy giáo Đỗ Lệnh Trường PTTH Hà Nội – g băng cách A D ỉ UAB=200V 337Hz thì số Điện Amsterdam. www.truongthi.com.vn Lớp học qua mạng Giả sử cuộn dây không có điện trở, khi đó UL ngược pha với UC=> 200 70 130AD L CU U U= − = − = V theo giả thiết UAD=150V≠130V => cuộn dây phải có điện trở . Tổng trở của mạch UZ I = = 150 300 0,5 = Ω Tổng trở của cuộn dây: 200 400 0,5AB Z = = Ω Dung kháng 70 140 0,5 C C U I = = =Z Từ Ω 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 400 ( 140) 300 ( 140) 400 300 500 140(2 140) 320 2 400 400 300 240 AB L L L L L L L Z R Z Z R Z Z Z Z Z R Z  = + = = + − = − − = − + ⇔ − ⇔ = = Ω ⇒ = − = − = Ω b) Khi f=f0=337HZ thì số chỉ ăm pe kế cực đại là xảy ra cộng hưởng trong mạch ' ' 0 2 2 1 1.2 (1) .2 4L C o o Z Z L f LC C f f π π π ⇒ = ⇒ = ⇔ = Lúc đầu ZL = 320Ω ZC=140Ω 1. . 320.140 44800(2)L C LZ Z L C C ω ω ⇒ = = ⇒ = Nhân (1)với (2): 2 2 2 0 0 44800 44800 44800 0,1 4 2 2.3,14.337 L L L f fπ π = ⇒ = ⇒ = ≈ H Chia (1) cho (2) 2 6 2 2 0 0 1 1 144800 2, 23.10 4 2 44800 2.3,14.337. 44800 C C f fπ π − = ⇒ = = ≈ F Lúc đầu ZL=L.2πf=320 => 320 320 509,5 .2 0,1.2.3,14 Z f H L π = = ≈ Ví dụ 2 Cho mạch điện như hình vẽ Hiệu điện thế đặt vào mạch U=U0sin200πt (V) Môn Vật Lý Thầy giáo Đỗ Lệnh Điện Trường PTTH Hà Nội – Amsterdam. www.truongthi.com.vn Lớp học qua mạng L V C A R U Ămpe kế có điện trở không đáng kể, vôn kế có điện vô cùng lớn, cuộn dây thuần cảm. ămpe kế chỉ 0,2A; Vônkế chỉ 60V i trễ pha hơn u π/6. công suất tiêu thụ trong mạch P=20w a) Tính R,C,L và U0 b) Viết biểu thức cuả hiệu điện thế giữa 2 đầu của tụ điện c) Thay đổi C đến khi UC lệch pha π/2 so với u đặt vào mạch. Tính C và số chỉ ămpe kế, vônkế lúc đó. Giải a) Tính R,C,L,U0 Từ P=UIcosϕ 20 100 200 os 0, 2 os /6 3 / 2 3 2002 . 2 163,3 3O PU V Ic c U U V ϕ π ⇔ = = = = ⇒ = = ≈ Vì P=I2 R nên 2 2 6 20 500 0,2 60 300 0,2 1 1 5,3.10 300.200.3,14 C C C PR I UZ I C F Z ω − = = = Ω = = = Ω ⇒ = = ≈ Vì i trễ pha hơn u => UL>UC 1 6 3 500 300 588,7 3 3 588,7 0,94 200.3,14 L C L C L Z Ztg tg R RZ Z ZL H πϕ ω −⇒ = = = ⇔ = + = + = = = = Ω b) Biểu thức UC Theo giản đồ vecto: UC trễ pha hơn u góc 2 260 2 sin(200 ) 2 2 6 3 3C U tπ π π π πϕ π+ = + = ⇒ = − V c)vì UC luôn trễ pha hơn i góc π/2 nên muốn UC lệch với i => phải xảy ra cộng hưởng => ZC = ZL= 588,7Ω U → CU → I ϕ RU → LU → O Môn Vật Lý pha với U góc π/2 thì u phải đồng pha T Trườnhầy giáo Đỗ Lệnh Điện g PTTH Hà Nội – Amsterdam. www.truongthi.com.vn Lớp học qua mạng 6 1 1 2,7.10 588,7.200.3,14c C F Z ω − = = ≈⇒ khi đó Zmin=R=500Ω ax ax 200 / 3 0,4 0,23 500 3 0,23.588,7 135,4 m C m C UI A R U I Z V ⇒ = = = ≈ = = ≈ Câu hỏi và bài tập về nhà: 1./ Có phải khi xảy ra cộng hưởng thì UL và UC đều đạt cực đại và đều lớn hơn u chung dặt vào mạch ? C LR A V U 2./ Có trường hợp nào: dòng điện lúc cộng hưởng so với lúc bình thường có đạt giá trị bằng nhau không? 3./Bài tập Cho mạch như hình vẽ, hiệu điện thế đặt vào mạch 4 120 2 sin100 ( ) 10100 , 2 U t v R C F π π − = = Ω = Cuộn dây thuần cảm ămpe kế có điện trở không đáng kể , vônkế có điện trở rẩt lớn chỉ 120V a) Tính L và chỉ số ămpekế b) Thay đổi L để UC max. tính L và số chỉ vonke lúc đó 4./ Làm các bài tập trong bộ đề thi tuyển sinh: 2(2),3(2),55(2) Môn Vật Lý Thầy Trường PTgiáo Đỗ Lệnh TH Hà Nội – Điện Amsterdam. www.truongthi.com.vn Lớp học qua mạng Môn Vật Lý Thầy giáo Đỗ Lệnh Điện Trường PTTH Hà Nội – Amsterdam. www.truongthi.com.vn Lớp học qua mạng Môn Vật Lý Thầy giáo Đỗ Lệnh Điện Trường PTTH Hà Nội – Amsterdam. www.truongthi.com.vn Lớp học qua mạng Môn Vật Lý Thầy giáo Đỗ Lệnh Điện Trường PTTH Hà Nội – Amsterdam. www.truongthi.com.vn Lớp học qua mạng Môn Vật Lý Thầy giáo Đỗ Lệnh Điện Trường PTTH Hà Nội – Amsterdam.