Giải Vật Lý 12 Bài 15. Công suất điện tiêu thụ của mạch điện xoay chiều - Hệ số công suất
Bài 15. CÔNG SUẤT ĐIỆN TIÊU THỤ CỦA MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỂU - HỆ SỐ CÔNG SUẤT KIẾN THỨC CẨN NẮM VỮNG CÔNG SUẤT CỦA MẠCH ĐIỆN XOAY CHIEU Biểu thức của công suất Xét một mạch điện xoay chiều hình sin. Điện áp tức thời hai đầu mạch và cường độ dòng điện tức thời trong mạch có các biểu thức là: u = u V2coscot và i = I V2cos(ơ)t + (p) Công suất tiêu thụ điện tức thời trong mạch: p = ui Ta có: p = ui - 2UIcoscot cos(cot + (p) = UI [coscp + cos(2cot + (p) ] Giá trị trung bình của công suất điện tiêu thụ trong một chu kì T : p = P = UI ị^coscp + cos(2cot + (pj Vì coscp = coscp; còn cos(2cot + <p) là một hàm tuần hoàn với chu kì —— = nên giá trị trung bình của nó bằng không => p = UIcoscp. 2íừ 2 Nếu thời gian dùng điện t rất lớn so với T (t »T) thì p cũng là công suất tiêu thụ trung bình của mạch điện trong thời gian đó. Điện năng tiêu thụ của mạch điện Điện năng tiêu thụ của mạch điện trong thời gian t là: w = p.t II. HỆ SỐ CÔNG SUẤT Biểu thức của hệ số công suất Trong công thức p = UIcoscp, thừa số coscp gọi là hệ số công suất. Vì góc <p có giá trị tuyệt đối không vượt quá 90° nên 0 < coscp < 1.. Hệ sô công suất của mạch R, L, c mắc nốì tiếp Giả sử điện áp hai đầu mạch điện là u = U V2 coscot và cường độ dòng điện tức thời trong mạch là i = IV2 cos(ot + <p). , ’ . .... R _ R Hệ sô công suât xác đinh bới: coscp = — . ■■ --= z R2+(coL--^)2 V wC Công suất tiêu thụ trung bình trong mạch: p = Ulcostp = RI2. HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI VÀ GIẢI BÀI TẬP Bài 1. Công suất tỏa nhiệt trong mạch điện xoay chiều phụ thuộc vào điều gì? Trả lời Trong mạch điện xoay chiều, công suất tỏa nhiệt phụ thuộc vào điện trở thuần R, điện trở hoạt động của cuộn cảm (nếu có) và cường độ hiệu dụng của dòng điện chạy trong đoạn mạch đó. Bài 2. Hệ số công suất của một mạch điện xoay chiều bằng: A. RZ D. ặ- z c.ệ z Trả lời COSíơ = — z => Chọn câu c. B.bằng 1 D. phụ thuộc —— ZL Bài 3. Hệ số công suât trong mạch điện xoay chiều gồm R, L, c mắc nối tiếp với Zl = Zc: A. bằng 0 c. phụ thuộc R Trả lời Trong đoạn mạch xoay chiều khi Zl = Zc => z = R => Hệ sô công suất C0Sỹ> = ^- = 1 => Chọn câu B Bài 4. Mạch điện xoay chiều nốì tiếp R = 10 Q , Zl = 8 Q, Zc = 6 Q với tần số f. Giá trị của tần số để hệ số công suất bằng 1. A. là một số < 1 c. là một số - 1 B. là một số > 1 không tồn tại Trả lời R cosợ? = — C0Sỷ9 = 1 Z| = Zc Leo =—— Cco 2ĩrfL = --- C2nf 4jrCL => Chọn câu A. Bài 5. Cho mạch điện trên hình 15.2, trong đó L là một cuộn cảm thuần, điện áp hai đầu mạch ưpQ = 60V2cosl007it(V). Các điện áp hiệu dụng UpN = ƯNQ = 60(V). Hệ số công suất của mạch là bao nhiêu? B. - Trả lời Theo đề bài ta có: Uo=6oV2(V)=>U = 6OV ưpN = UNQ = 60V u2+U( =U| = 3600 u, = ^ = 30V 2 u2+(UL-UC)2 =u2 = 3600 JuL=|u,.-uc| u’ =2700 cos (p = — - —7- = ——— = —— => Chọn câu A. z u 60 2 Bài 6. Mạch điện xoay chiều nối tiếp gồm có: R = 30 Q; L = —— mH; c = — pF cung cấp bởi điện áp hiệu dụng 100V, f = lKhz. n 7t Hãy xác định công suất tiêu thụ và hệ số công suất. Giải f = 1kHz = 1000Hz co = 2ĩrf = 2.1 o5 7Ĩ Cảm kháng cuộn dây: ZL = Lco = — .10'3.103.2ĩi = 10(Q) 71 Dung kháng tụ điện: Zc = = — = 10(íì) Cco z2-10-62.i0’7ĩ 71 Tổng trở đoạn mạch: z = ựk2 +(ZL -Zc)2 = V900 = 30Q Cường độ dòng điện trong mạch (hiệu dụng): z 30 3 v 7 Công suất tiêu thụ của đoạn mạch: P^PH^^IOO íooo = p = RI = 30.—— = —-— = 33. 9 3 A R 30 , Hệ sô công suât: COSỘ? = — = —- = 1 z 30