- Tải app VietJack. Xem lời giải nhanh hơn!
Dưới đây là phần tổng hợp kiến thức, công thức, lý thuyết Vật Lí lớp 12 Chương 3: Dòng điện xoay chiều ngắn gọn, chi tiết. Hi vọng tài liệu Lý thuyết Vật Lí lớp 12 theo chương này sẽ giúp bạn nắm vững kiến thức môn Vật Lí lớp 12.
Lý thuyết Đại cương về dòng điện xoay chiều
Bài giảng: Bài 12: Đại cương về dòng điện xoay chiều - Cô Trần Thị Hạnh [Giáo viên VietJack]
- Khái niệm: là dòng điện có cường độ là hàm số sin hoặc cos của thời gian.
i = I0 cos[ωt + φ]
- Những đại lượng đặc trưng:
i : cường độ dòng điện tức thời.
I0: cường độ dòng điện cực đại.
ω: tần số góc w = 2π/T = 2πf
ωt + φ: pha dao động của i
φ: pha ban đầu của i
I = I0/√2 : cường độ dòng điện hiệu dụng. Ý nghĩa: nếu thay dòng điện xoay chiều có cường độ dòng điện cực đại là I0 bằng một dòng điện không đổi, để tác dụng của 2 dòng điện này là như nhau [công suất như nhau] thì dòng một chiều phải có cường độ là I.
Khi tính toán, đo lường, ... các đại lượng của mạch điện xoay chiều, người ta chủ yếu tính hoặc đo các giá trị hiệu dụng.
Nguyên tắc: dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi cho khung dây có N vòng dây, có diện tích S, quay đều quanh trục của nó với tốc độ góc ω, trong một từ trường đều B→, có phương vuông vuông góc với trục quay. Tại thời điểm ban đầu góc giữa B→ và vec tơ pháp tuyến n→ của mặt phẳng khung dây là φ
Tại thời điểm t, từ thông qua cuộn dây:
ф = NBScosα = NBS cos[ωt + φ]
Khi đó trong mạch xuất hiện một suất điện động cảm ứng:
Nếu cuộn dây khép kín có điện trở R thì cường độ dòng cảm ứng trong mạch là:
Đây là dòng điện xoay chiều.
Lý thuyết Các mạch điện xoay chiều chỉ chứa một phần tử
Bài giảng: Bài 13: Các mạch điện xoay chiều - Cô Trần Thị Hạnh [Giáo viên VietJack]
Nếu cường độ dòng điện xoay chiều trong mạch có dạng i = I0cos[ωt]
Thì điện áp xoay chiều giữa hai đầu đoạn mạch có dạng u = U0cos[ωt + φ]
φ là độ lệch pha giữa u và i:
→ u,i có cùng tần số góc, chỉ cần đi tìm mối quan hệ giữa biên độ và độ lệch pha φ.
Bảng so sáng các mạch điện chứa các phần tử khác nhau
Xem thêm các dạng bài tập Vật Lí lớp 12 có trong đề thi THPT Quốc gia khác:
Giới thiệu kênh Youtube VietJack
1. Đại cương về dòng điện xoay chiều
1.1. Cách tạo ra suất điện động xoay chiều:
a.Từ thông gởi qua khung dây :
-Từ thông gửi qua khung dây dẫn gồm N vòng dây có diện tích S quay trong từ trường đều \[\overrightarrow B \].
-Biểu thức từ thông của khung: \[\Phi = N.B.S.\cos \omega t = \Phi o.\cos \omega t\]
[Với \[\Phi \]= L I và Hệ số tự cảm L = 4\[\pi \].10-7 N2.S/l ]
Đơn vị : +\[\Phi \]: Vêbe[Wb];
+ S: Là diện tích một vòng dây [S: m2];
+ N: Số vòng dây của khung
+\[\overrightarrow B \]: Véc tơ cảm ứng từ của từ trường đều .B:Tesla[T]
+\[\omega \]: Vận tốc góc không đổi của khung dây
[ Chọn gốc thời gian t=0 lúc [ \[\overrightarrow n ,\overrightarrow B ] = \] 00]
-Chu kì và tần số của khung : \[T = \frac{{2\pi }}{\omega };f = \frac{1}{T}\]
b. Suất điện động xoay chiều:
- Biểu thức của suất điện động cảm ứng tức thời: e = \[\frac{{ - \Delta \Phi }}{{\Delta t}} = - \Phi ' = \omega NBS.\sin \omega t = {E_0}c{\rm{os[}}\omega t - \frac{\pi }{2}]\]
Đơn vị :e,E0 [V]
1.2. Điện áp xoay chiều -Dòng điện xoay chiều.
a. Biểu thức điện áp tức thời: Nếu nối hai đầu khung dây với mạch ngoài thành mạch kín thì biểu thức điện áp tức thời mạch ngoài là: u=e-ir
Tổng quát : \[\varphi u\] [ \[\varphi u\] là pha ban đầu của điện áp ]
b. Khái niệm về dòng điện xoay chiều
- Là dòng điện có cường độ biến thiên tuần hoàn với thời gian theo quy luật của hàm số sin hay cosin, với dạng tổng quát: i = I0\[c{\rm{os}}[\omega t + \varphi i]\]
* i: giá trị của cường độ dòng điện tại thời điểm t, được gọi là giá trị tức thời của i [cường độ tức thời].
* I0 > 0: giá trị cực đại của i [cường độ cực đại].
* w > 0: tần số góc.
f: tần số của i. T: chu kì của i.
* [wt + j]: pha của i.
* \[\varphi i\] là pha ban đầu của dòng điện]
c. Độ lệch pha giữa điện áp u và cường độ dòng điện i:
Đại lượng : \[\varphi = {\varphi _u} - \varphi i\] gọi là độ lệch pha của u so với i.
Nếu \[\varphi \] >0 thì u sớm pha [nhanh pha] so với i.
Nếu \[\varphi \] ZC thì u nhanh pha hơn i [đoạn mạch có tính cảm kháng].
Khi ZL < ZC thì u trể pha hơn i [đoạn mạch có tính dung kháng].
R tiêu thụ năng lượng dưới dạng toả nhiệt, ZL và ZC không tiêu thụ năng lượng điện.
2.5. Đoạn mạch có R, L,r, C không phân nhánh:
+ Đặt điện áp \[u = U\sqrt 2 \cos [\omega t + {\varphi _u}]\] vào hai đầu mạch
+ Độ lệch pha j giữa uAB và i xác định theo biểu thức:
tanj = \[\frac{{{Z_L} - {Z_C}}}{{R + r}}\]= \[\frac{{\omega L - \frac{1}{{\omega C}}}}{{R + r}}\] . Với \[\varphi = {\varphi _u} - {\varphi _i}\]
+ Cường độ hiệu dụng xác định theo định luật Ôm: I =\[\frac{U}{Z}\].
Với Z = \[\sqrt {{{{\rm{[R + r]}}}^{\rm{2}}}{\rm{ }} + {\rm{ [}}{{\rm{Z}}_{\rm{L}}}{\rm{ - }}{{\rm{Z}}_{\rm{C}}}{{\rm{]}}^{\rm{2}}}} \] là tổng trở của đoạn mạch.
Cường độ dòng điện tức thời qua mạch: \[i = I\sqrt 2 \cos [\omega t + {\varphi _i}] = I\sqrt 2 \cos [\omega t + {\varphi _u} - \varphi ]\]]
3. Công suất tiêu thụ trong mạch điện xoay chiều
3.1. Công suất mạch điện xoay chiều không phân nhánh RLC
a. Công suất tiêu thụ trong mạch RLC không phân nhánh:
+Công suất tức thời: P = UIcosj + UIcos[2wt + j] [1]
+Công suất trung bình: P = UIcosj = RI2.
+Công suất tiêu thụ của mạch điện xoay chiều: \[P = UICos\alpha \] [2]
+Hệ số công suất: \[Cos\varphi = \frac{R}{Z}\] [ \[Cos\varphi\] có giá trị từ 0 đến 1] [3]
b. Ý nghĩa của hệ số công suất
+Trường hợp cosj = 1 -> j = 0: mạch chỉ có R, hoặc mạch RLC có cộng hưởng điện
[ZL = ZC] thì: P = Pmax = UI = \[\frac{{{U^2}}}{R}\].
+Trường hợp cosj = 0 tức là j = ±\[\frac{\pi }{2}\]: Mạch chỉ có L, hoặc C, hoặc có cả L và C mà không có R thì: P = Pmin = 0.
3.2. Công suất tiêu thụ cực đại khi mạch RLC có cộng hưởng.
Nếu giữ không đổi điện áp hiệu dụng U giữa hai đầu đoạn mạch và thay đổi tần số góc w [hoặc thay đổi f, L, C] sao cho \[\omega L = \frac{1}{{\omega C}}\] [hay ZL=ZC] thì có hiện tượng cộng hưởng điện.
Điều kiện xảy ra hiện tượng cộng hưởng trong mạch RLC nối tiếp:
ZL=ZC; \[\omega L = \frac{1}{{\omega C}}\] [hay ZL=ZC]; \[\omega = \frac{1}{{\sqrt {LC} }}\]
Lúc mạch có cộng hưởng thì:
Tổng trở: Z = Zmin = R; UR = URmax = U
Cường độ dòng điện: \[I = {{\mathop{\rm I}\nolimits} _{max}} = \frac{U}{R}\]
Công suất của mạch khi có cộng hưởng đạt giá trị cực đại:
\[P = {P_{max}} = \frac{{{U^2}}}{R}\]
Mạch có cộng hưởng thì điện áp cùng pha với cường độ dòng điện, nghĩa là:
j=0; ju= ji ; cosj=1
Điện áp giữa hai điểm M, B chứa L và C đạt cực tiểu
ULCmin = 0.
Lưu ý: L và C mắc liên tiếp nhau
4. Hiện tượng cộng hưởng điện
4.1. Cộng hưởng điện:
Điều kiện: ZL = ZC \[\omega L = \frac{1}{{C\omega }}\,\; \Leftrightarrow LC{\omega ^2} = 1\]
+ Cường độ dòng điện trong mạch cực đại: Imax = \[\frac{U}{{{Z_{\min }}}} = \frac{U}{{\rm{R}}} = \frac{{{U_{\rm{R}}}}}{{\rm{R}}}\]
+ Điện áp hiệu dụng: \[{U_L} = {U_C} \to {U_{\rm{R}}} = U\]; P= PMAX = \[\frac{{{U^2}}}{{\rm{R}}}\]
+ Điện áp và cường độ dòng điện cùng pha [ tức φ = 0 ]
+ Hệ số công suất cực đại: cosφ = 1.
4.2. Ứng dụng: tìm L, C, tìm f khi có Cộng hưởng điện:
+ Số chỉ ampe kế cực đại, hay cường độ dòng điện hiệu dụng đạt giá trị lớn nhất
+ Cường độ dòng điện và điện áp cùng pha, điện áp hiệu dụng: \[{U_L} = {U_C} \to {U_{\rm{R}}} = U\];
+ hệ số công suất cực đại, công suất cực đại....
B. Bài tập minh họa
Bài 1:
Mạch điện xoay chiều gồm một điện trở thuần R = 50W, một cuộn thuần cảm có hệ số tự cảm \[L = \frac{1}{\pi }[H]\] và một tụ điện có điện dung \[C = \frac{{{{2.10}^{ - 4}}}}{\pi }[F]\] mắc nối tiếp. Biết rằng dòng điện qua mạch có dạng \[i = 5\cos 100\pi t\left[ A \right]\].Viết biểu thức điện áp tức thời giữa hai đầu mạch điện.
Hướng dẫn giải:
Cảm kháng: \[{Z_L} = \omega L = 100\pi .\frac{1}{\pi } = 100\Omega \];
Dung kháng: \[{Z_C} = \frac{1}{{\omega C}} = \frac{1}{{100\pi .\frac{{{{2.10}^{ - 4}}}}{\pi }}} = 50\Omega \]
Tổng trở: \[Z = \sqrt {{R^2} + {{\left[ {{Z_L} - {Z_C}} \right]}^2}} = \sqrt {{{50}^2} + {{\left[ {100 - 50} \right]}^2}} = 50\sqrt 2 \Omega \]
+ Định luật Ôm : Với Uo= IoZ = 5.50\[\sqrt 2 \] = 250\[\sqrt 2 \]V;
+ Tính độ lệch pha giữa u hai đầu mạch và i: \[\tan \varphi = \frac{{{Z_L} - {Z_C}}}{R} = \frac{{100 - 50}}{{50}} = 1\]
\[ \Rightarrow \varphi = \frac{\pi }{4}\] [rad].
+ Biểu thức điện áp tức thời giữa hai đầu mạch điện: \[u = 250\sqrt 2 \cos \left[ {100\pi t + \frac{\pi }{4}} \right]\] [V].
Bài 2:
Điện áp hai đầu một đoạn mạch là \[u = 120\sqrt 2 \cos \left[ {100\pi t - \frac{\pi }{4}} \right]\] [V], và cường độ dòng điện qua mạch là \[i = 3\sqrt 2 \cos \left[ {100\pi t + \frac{\pi }{{12}}} \right]\] [A]. Tính công suất đoạn mạch.
Hướng dẫn giải:
Ta có : \[U = \frac{{{U_o}}}{{\sqrt 2 }} = \frac{{120\sqrt 2 }}{{\sqrt 2 }} = 120\][V]
\[I = \frac{{{I_o}}}{{\sqrt 2 }} = \frac{{3\sqrt 2 }}{{\sqrt 2 }} = 3\] [A]
Độ lệch pha: \[\varphi = {\varphi _u} - {\varphi _i} = - \frac{\pi }{4} - \frac{\pi }{{12}} = - \frac{\pi }{3}\] rad
Vậy công suất của đoạn mạch là: \[P = UI\cos \varphi = 120.3.\cos \left[ { - \frac{\pi }{3}} \right] = 180\] [W].
Trắc nghiệm Vật Lý 12 Chương 3
Đề kiểm tra Vật Lý 12 Chương 3
Đề kiểm tra trắc nghiệm online Chương 3 Vật lý 12 [Thi Online]
Phần này các em được làm trắc nghiệm online trong vòng 45 phút để kiểm tra năng lực và sau đó đối chiếu kết quả và xem đáp án chi tiết từng câu hỏi.
Đề kiểm tra Chương 3 Vật lý 12 [Tải File]
Phần này các em có thể xem online hoặc tải file đề thi về tham khảo gồm đầy đủ câu hỏi và đáp án làm bài.
Lý thuyết từng bài chương 3 và hướng dẫn giải bài tập SGK
Lý thuyết các bài học Vật lý 12 Chương 3
Hướng dẫn giải Vật lý 12 Chương 3
Trên đây là tài liệu Ôn tập Vật lý 12 Chương 3 Dòng Điện Xoay Chiều. Hy vọng rằng tài liệu này sẽ giúp các em ôn tập tốt và hệ thống lại kiến thức Chương 3 hiệu quả hơn. Để thi online và tải file đề thi về máy các em vui lòng đăng nhập vào trang hoc247.net và ấn chọn chức năng "Thi Online" hoặc "Tải về". Ngoài ra, các em còn có thể chia sẻ lên Facebook để giới thiệu bạn bè cùng vào học, tích lũy thêm điểm HP và có cơ hội nhận thêm nhiều phần quà có giá trị từ HỌC247 !