Giải Bài Tập Vật Lý Lớp 12
Chương III: Dòng Điện Xoay Chiều
Bài 15: Công Suất Điện Tiêu Thụ Của Mạch Điện Xoay Chiều. Hệ Số Công Suất
Chúng ta điều biết rằng, trong mạch điện xoay chiều, điện áp tức thời hoặc cường độ tức thời… luôn biến thiên theo thời gian t. Và vấn đề làm thế nào để tính toán công suất tiêu thụ trong mạch, các em sẽ được tìm hiểu ngay sau đây.
Tóm Tắt Lý Thuyết
I. Công Suất Của Đoạn Mạch Xoay Chiều
1. Biểu thức của công suất
Hãy nhắc lại công thức tính công suất điện tiêu thụ trong mạch điện một chiều không đổi?
Cho điện áp tức thời ở hai đầu mạch: \(u = U\sqrt{2}cosωt\)
Cường độ dòng điện tức thời: \(i = I\sqrt{2}cos(ωt + φ)\)
Công suất tiêu thụ trong mạch tại thời điểm t là: p = u.i và p được gọi là công suất tức thời.
Thay u và i vào ta được:
\(p = 2UIcosωt.cos(ωt + φ) = UI[cosφ + cos(2ωt + φ)]\)
Ta tính giá trị trung bình của p trong một chu kì T:
\(P = \overline{p} = UI[\overline{cosφ} + \overline{cos(2ωt + φ)}]\)
Vì \(\overline{cosφ} = cosφ\) và \(\overline{cos(2ωt + φ)} = 0\) nên \(P = UIcosφ\)
Công suất tiêu thụ của mạch: P = UIcosφ
- Đơn vị của P là oát (w)
- cosφ được gọi là hệ số công suất
2. Điện năng tiêu thụ của mạch điện
W = P.t
Trong đó:
– P là công suất tiêu thụ của mạch (w)
– t là thời gian (h)
Đơn vị của W là w.h hoặc kw.h
II. Hệ Số Công Suất
1. Biểu thức của hệ số công suất
a. Vì góc φ có giá trị tuyệt đối không vượt quá \(90^o\) nên 0 ≤ cosφ ≤ 1
b. Ví dụ:
2. Tầm quan trọng của hệ số công suất trong quá trình cung cấp và sử dụng điện năng
Công suất tiêu thụ trung bình của các thiết bị điện trong nhà máy điện: P = UIcosφ
Cường độ dòng điện được dẫn từ nhà máy điện qua các đường dây tải điện: \(I = \frac{P}{Ucosφ}\)
Nếu dây có điện trở r thì công suất hao phí trên dây tải điện:
\(P_{hp} = rI^2 = r\frac{P^2}{U^2}\frac{1}{cos^2φ}\)
Nếu cosφ nhỏ thì \(P_{hp}\) sẽ lớn. Do đó các cơ sở tiêu thụ điện phải bố trí các mạch điện sao cho cosφ lớn
3. Tính hệ số công suất của mạch RLC nối tiếp
Từ giản đồ hãy cho biết cosφ được tính như thế nào?
\(cosφ = \frac{U_R}{U} = \frac{R}{Z}\)
Trong đó: R là điện trở, Z là tổng trở của mạch
Khi đó công suất tiêu thụ của mạch được tính:
\(P = UIcosφ = RI^2\)
Các Bài Tập & Lời Giải Bài Tập 15 Công Suất Điện Tiêu Thụ Của Mạch Điện Xoay Chiều. Hệ Số Công Suất
Bài Tập 1 Trang 85 SGK Vật Lý Lớp 12
Công suất điện tiêu thụ trong một mạch điện xoay chiều phụ thuộc vào những đại lượng nào ?
>> Xem: lời giải bài tập 1 trang 85 sgk vật lý lớp 12
Bài Tập 2 Trang 85 SGK Vật Lý Lớp 12
Trong các bài toán sau đây, cuộn dây được giả thiết là thuần cảm.
Hãy chọn câu đúng.
Hệ số công suât của một mạch điện R L C nối tiếp bằng:
A. RZ;
B. \(\)\(\frac{Z_{L}}{Z}\);
C. \(\frac{R}{Z}\);
D. \(\frac{Z_{C}}{Z}\).
>> Xem: lời giải bài tập 2 trang 85 sgk vật lý lớp 12
Bài Tập 3 Trang 85 SGK Vật Lý Lớp 12
Hãy chọn câu đúng.
Hệ số công suất trong mạch điện xoay chiều gồm R, L, C mắc nối tiếp với \(\)\(Z_{L} = Z_{C}\)
A. Bằng 0;
B. Bằng 1;
C. Phụ thuộc R;
D. Phụ thuộc \(\frac{Z_{C}}{Z_{L}}\).
>> Xem: lời giải bài tập 3 trang 85 sgk vật lý lớp 12
Bài Tập 4 Trang 85 SGK Vật Lý Lớp 12
Hãy chọn câu đúng
Mạch điện xoay chiều nối tiếp \(\)\( R = 10 \Omega ; Z_L = 8 \Omega ; Z_C = 6 \Omega\) với tận số f. Giá trị của tần số để hệ số công suất bằng 1:
A. là một số > f;
B. là một số > f;
C. là một số = f;
D. không tồn tại.
>> Xem: lời giải bài tập 4 trang 85 sgk vật lý lớp 12
Bài Tập 5 Trang 85 SGK Vật Lý Lớp 12
Cho mạch điện trên hình 15.2, trong đó L là một cuộn cảm thuần, điện áp hai đầu mạch \(\)\( U_{PQ}= 60\sqrt{2}cos100\pi t (V)\), các điện áp hiệu dụng \(U_{{PN}} = U_{NQ} =60 V\). Hệ số công suất của mạch là bao nhiêu?
A. \(\frac{\sqrt{3}}{2}\)
B. \(\frac{1}{3}\)
C. \(\frac{\sqrt{2}}{2}\)
B. \(\frac{1}{2}\)
>> Xem: lời giải bài tập 5 trang 85 sgk vật lý lớp 12
Bài Tập 6 Trang 85 SGK Vật Lý Lớp 12
Mạch điện xoay chiều nối tiếp gồm có \(R=30 \Omega; L=\frac{5,0}{\pi}mH; C=\frac{50}{\pi}\mu F\) cung cấp bởi điện áp hiệu dụng 100 V, f = 1kHz. Hãy xác định công suất tiêu thụ và hệ số công suất.
>> Xem: lời giải bài tập 6 trang 85 sgk vật lý lớp 12
Lời Kết:
Công suất và hệ số công suất là một trong những dạng bài học và bài tập thường xuyên gặp trong các đề thi của chương trình học vật lý 12. Sau khi học xong bài này, các em cần phải nắm một số kiến thức sau.
– Yêu cầu các em phải viết được công thức tính công suất và hệ số công suất cho đoạn mạch điện xoay chiều R, L, C mắc nối tiếp nhau.
– Thứ hai các em phải nắm được tầm quan trọng của hệ số công suất trong quá trình cung cấp cũng như sử dụng điện năng.
– Sau cùng là vận dung kiến thức đã học giải các bài tập trong sách giáo khoa.
Chúc các em có một kiến thức bài học thật tốt trong bài 15 công suất điện tiêu thụ của mạch điện xoay chiều và hệ số công suất tốt nhất. Để học tốt vật lý lớp 12 thì hãy xem các lời giải bài tập trên nhé.
Trả lời