Các mạch điện xoay chiều là nền tảng quan trọng trong chuyên đề trình Vật lý 12. Do đó các bạn dự thi cần nắm chắc lý thuyết kết hợp với làm bài tập số tập Để đạt được kết quả cao. Vui Học sẽ cung cấp đến bạn những lý thuyết trọng tâm cùng một số dạng bài tập luyện tập trong bài tập số viết dưới đây nhé!
1. Độ lệch pha giữa hiệu điện thế U và cường độ dòng điện I
Ta có hiệu điện thế U và cường độ điện I có mối liên hệ như sau:
- i=I0.cosωt→u=U0 cos(ωt+φ)
- φ=φu−i: độ lệch pha giữa u và i
- Ta có:
- φ>0: u với i.
- φ<0: u trễ pha so với i.
- φ=0: u cùng pha với i.
2. Mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở R
2.1. Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở
Nối hai đầu R vào điện áp xoay chiều
u=Uocosωt
→ i=u/R=(Uo/R)cosωt=(U/R).2cos
omegat
→ i=I0cosωt
→ i=I√2cosωt
2.2. Định luật Ohm trong mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở
Định luật: Điện trở có giá trị bằng thương số giữa điện áp hiệu dụng và điện trở của mạch là cường độ hiệu dụng trong mạch điện xoay chiều.
I=U/R
Nhân xét: UR cùng pha với i khi cường độ tức thời trong mạch cùng pha với điện áp tức thời hai đầu mạch.
3. Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện
3.1. Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện
Giữa hai bản của tụ điện, điện áp u
u=Uocosωt=U√2cosωt
Bản bên trái của tụ điện có điện tích
q=C.u=C.U.√2cosωt
Dòng điện có chiều như hình vẽ tại điểm t, điện tích tụ tăng. Điện tích trên bảng tăng Δq, sau khoảng thời gian Δt
i=Δq/Δt
Với Δq,Δt→0 suy ra i=(dq/dt)*q=−ωC.U.√2sinωt
⇔i=ωC.U.√2cos(ωt+π/2)
⇔Có: I=UωC→i=I.√2cos(ωt);u=U.√2cos(ωt−π/2)
Thêm vào đó
ZC=1/ωC→I=U/ZC
Dung kháng của mạch là ZC, Ω là đơn vị
3.2. Định luật Ohm trong mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện
Ta có định luật:
Tụ điện có giá trị bằng thương số của điện áp hiệu dụng giữa hai đầu mạch cũng như dung kháng của mạch là cường độ hiệu dụng ở trong mạch điện xoay chiều.
I=U/ZC
3.3. So sánh pha dao động của UC và i
So với UC i sớm pha π/2 hay còn được coi là UC trễ pha so với i
3.4. Ý nghĩa của dung kháng
Đại lượng biểu hiện cho sự cản trở của dòng điện xoay chiều của tụ điện là Zc.
Dòng điện xoay chiều có tần số cao(còn gọi là cao tần) chuyển qua tụ điện dễ dàng hơn so với dòng điện xoay chiều có tần số thấp.
ZC sẽ làm cho i sớm pha π/2 đối với UC.
4. Mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần
4.1. Hiện tượng tự cảm trong mạch điện xoay chiều
Cuộn cảm có điện trở không đáng kể khi dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn cảm và xảy ra hiện tượng tự cảm là cuộn cảm thuần.
Từ thông tự cảm, dòng điện chạy qua cuộn cảm: φ=Li: độ tự cảm của cuộn cảm là L
Suất điện động tự cảm, i là dòng điện xoay chiều là: e=−LΔi/Δt
e=−LΔi/Δt, khi Δt→0
4.2. Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần
Đặt i trong mạch sẽ là i=I√2cosωt, được đặt vào một điện áp xoay chiều vào hai đầu L
Hai đầu cuộn cảm thuần có điện áp tức thời là:
u=Ldi/dt =−ωL.I.√2sinωt
→ u=ωL.I.√2cos(ωt+fracπ2)
→ u=ωL.I
Từ đó có
I=U/ωL
Lại có
ZL=ωL→I=U/ZL
Cảm kháng của mạch là ZL, đơn vị Ω
4.3. Định luật Ohm trong mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần
Cường đồ hiệu dụng có giá trị bằng thương số của điện áp hiệu dụng và cảm kháng của mạch trong mạch điện xoay chiều có cuộn cảm thuần.
I=U/ZL
4.4. So sánh pha dao động của UL và i
So với UL, i trễ pha π/2, và so với i UL sớm pha π/2
4.5. Ý nghĩa của cảm kháng
Sự cản trở dòng điện xoay chiều của cuộn cảm là ZL: đại lượng biểu hiện sự cản trở dòng điện.
Cuộn cảm L lớn sẽ cản trở nhiều đối với dòng điện xoay chiều, đặc biệt với dòng điện xoay chiều cao tần.
Khi i trễ pha π/2 so với u là do ZL.
5. Một số bài tập số tập trắc nghiệm về các mạch điện xoay chiều (có đáp án)
Sau đây là một số câu trắc nghiệm giúp các thí sinh chuẩn bị tập đầy đủ nhất về tất cả các dạng của mạch điện xoay chiều, các thí sinh học sinh tham khảo và có sự nhìn nhận tập thêm.
Tìm hiểu chi tiết tại: https://vuihoc.vn/tin/thpt-cac-mach-dien-xoay-chieu-1107.html