Vật lý 12 bài 15: Công suất tiêu thụ của Mạch điện xoay chiều, công thức tính Hệ số Công suất và bài tập vận dụng

ĐH KD & CN Hà Nội 18/02/2023

0 5 5 minutes read

Bạn đang xem: Vật lý 12 bài 15: Công suất tiêu thụ của Mạch điện xoay chiều, công thức tính Hệ số Công suất và bài tập vận dụng tại TRƯỜNG ĐH KD & CN Hà Nội

Vật lý 12 bài 15: Công suất tiêu thụ của đoạn mạch xoay chiều, công thức tính hệ số công suất và bài tập ứng dụng. Công suất điện tiêu thụ trong mạch điện xoay chiều là đại lượng vật lý đặc trưng cho mức tiêu thụ điện năng (hay công suất) của mạch điện, còn hệ số công suất là chỉ tiêu đặc trưng cho khả năng cung cấp điện năng. công suất mạch (hoặc khả năng của một thiết bị để tạo ra công việc hữu ích).

Vậy cách tính công suất tiêu thụ trong mạch điện xoay chiều, hệ số công suất có ý nghĩa gì, công thức và cách tính hệ số công suất khi điện áp tức thời, cường độ dòng điện tức thời,… trong mạch điện xoay chiều thay đổi theo thời gian, hãy cùng tìm hiểu qua bài viết này bài báo.

I. Công suất của mạch điện xoay chiều

1. Biểu hiện Quyền lực

– Xét một mạch điện xoay chiều hình sin có hiệu điện thế và cường độ dòng điện tức thời ở hai đầu đoạn mạch như sau:

Và

– Công suất tức thời trên mạch là:

(dùng công thức lượng giác để đổi tích thành tổng)

– Giá trị điện năng tiêu thụ trung bình trong một chu kỳ T:

⇒ Công thức tính công suất tiêu thụ trung bình của mạch điện xoay chiều trong thời gian dài nếu hiệu điện thế hiệu dụng U và cường độ dòng điện hiệu dụng I không đổi là:

P = UIcosφ

2. Công suất tiêu thụ của đoạn mạch

– Công thức tính công suất tiêu thụ của đoạn mạch: W = Pt

– Đơn vị công suất: Wh, KWh hoặc J (Ws)

– Trong đó:

⋅W là năng lượng tiêu thụ, đơn vị J

⋅P là điện năng tiêu thụ, đơn vị W

t là thời gian, đơn vị s

II. Hệ số công suất

1. Công thức tính hệ số công suất và công suất

• Trong công thức: P = UIcosφ sau đó cosφ được gọi là hệ số công suất, vì |φ|<900 nên ta có: 0 cosφ 1

• Dựa vào giản đồ véc tơ ta có: $small cosvarphi =frac{U_{R}}{R}=frac{R}{Z}$

• Công thức tính công suất toàn mạch R, L, C: $small P=UIcosvarphi =frac{U^{2}.R}{Z^{2}}=I^{2}.R$

* Một số ví dụ về hệ số công suất trong đoạn mạch có R, L, C:

2. Ý nghĩa của hệ số công suất, tầm quan trọng của hệ số công suất trong quá trình cung cấp và sử dụng điện

• Bởi vì $small P=UIcosvarphi Rightarrow I=frac{P}{Ucosvarphi }$ vậy công suất hao phí trên đường dây tải (có điện trở r) là $small Delta P=I^{2}.r=frac{r.P^{2}}{U^{2}cos^{2}varphi }$

• Nếu hệ số công suất cosφ nhỏ thì công suất hao phí trên đường dây tải điện P_{(chi phí)} sẽ lớn nên người ta phải tìm cách nâng cao hệ số công suất.

• Cùng một hiệu điện thế U và dụng cụ điện tiêu thụ một công suất P, tăng hệ số công suất cosφ sẽ làm giảm cường độ hiệu dụng I do đó giảm tổn thất nhiệt trên vật dẫn

• Một trong những biện pháp tăng cosφ để giảm tổn thất điện năng là lắp tụ bù tại các công trình tiêu thụ điện năng.

3. Tính hệ số công suất của đoạn mạch R, L, C mắc nối tiếp

• Chúng ta có: $small cosvarphi =frac{U_{R}}{U}Leftrightarrow cosvarphi =frac{R}{Z}$

• Công suất tiêu thụ trung bình trong mạch:

$small P=UIcosvarphi =R.I^{2}$

– Vậy công suất tiêu thụ trong đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp bằng công suất tỏa nhiệt trên R.

III. Bài tập thực hành Tính công suất tiêu thụ và hệ số công suất trong mạch điện xoay chiều

* Như vậy để giải bài tập về điện năng tiêu thụ và hệ số công suất các em cần nhớ một số quan hệ sau:

• Công suất tiêu thụ trên đoạn mạch xoay chiều bất kỳ: P = UIcosφ

trong đó φ là độ lệch pha giữa i và u.

• Trường hợp mạch RLC mắc tiếp: $small cosvarphi =frac{R}{Z}=frac{R}{sqrt{R^{2}+left ( omega L-frac{1}{omega C} ight )^{2}}}$ Và $small P=R.I^{2}$

* Bài 1 trang 85 SGK Vật Lý 12: Công suất điện tiêu thụ trong mạch điện xoay chiều phụ thuộc vào những đại lượng nào?

° Giải bài 1 trang 85 SGK Vật Lý 12:

– Công suất tỏa nhiệt P phụ thuộc vào giá trị hiệu dụng của hiệu điện thế ở hai đầu đoạn mạch, giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện trong đoạn mạch và hệ số công suất của đoạn mạch,

– Hơn nữa, hệ số công suất cosφ = R/Z nên P phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo của mạch R, L, C và tần số ω.

* Bài 2 trang 85 SGK Vật Lý 12: Hãy chọn câu đúng. Hệ số công suất của đoạn mạch xoay chiều bằng:

A.RZ B. $small frac{Z_{L}}{Z}$ C. $small frac{R}{Z}$ Đ. $small frac{Z_{C}}{Z}$

° Lời giải bài 2 trang 85 SGK Vật Lý 12:

– Đáp án đúng: C $small cosvarphi =frac{R}{Z}$

* Bài 3 trang 85 SGK Vật Lý 12: Hãy chọn câu đúng. Hệ số công suất trong đoạn mạch xoay chiều gồm R, L, C mắc nối tiếp Z_{LỜI ĐỀ NGHỊ} = Z_CŨ:

A. bằng 0 B. bằng 1 C. phụ thuộc R D. phụ thuộc Z_CŨ/z_{LỜI ĐỀ NGHỊ}

° Giải bài 3 trang 85 SGK Vật Lý 12:

– Đáp án đúng: B. bằng 1

– Vì đoạn mạch RLC mắc nối tiếp có Z_{LỜI ĐỀ NGHỊ} = Z_CŨ

⇒ mạch có cộng hưởng nên: $small cosvarphi =frac{R}{Z}=frac{R}{R}=1$

* Bài 4 trang 85 SGK Vật Lý 12: Hãy chọn câu đúng. Mạch điện xoay chiều nối tiếp R = 10Ω; z_{LỜI ĐỀ NGHỊ} = 8Ω; z_CŨ = 6Ω với tần 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

° Giải bài 4 trang 85 SGK Vật Lý 12:

– Đáp án đúng: A. là hợp số < f

– Với tần số f, ta có:

$small left{egin{matrix} Z_{L}= Lomega Z_{C}=frac{1}{Comega } end{matrix} ight. Leftrightarrow left{egin{matrix} 8=L.2pi f 6=frac{1}{C.2pi f} end{matrix} ight.$ $small Rightarrow frac{8}{6}=L.C.(2pi f)^{2}$

$small omega _{0}^{2}.L.C=1Leftrightarrow (2pi f_{0})^{2}LC=1$ – Khi cosφ = 1 thì mạch xảy ra cộng hưởng nên ta có:

(**)

$small frac{f^{2}}{f_{0}^{2}}=frac{8}{6}=frac{4}{3}Rightarrow f_{0}=frac{sqrt{3}}{2}fRightarrow f_{0}< f$

– Chia cạnh cho cạnh và (**) ta được:_{* Bài 5 trang 85 SGK Vật Lý 12:} Cho mạch điện trên (hình 15.2 bên dưới), trong đó L là cuộn cảm thuần, hiệu điện thế ở hai đầu đoạn mạch u_PQ = 60√2cos100πt (V), điện áp hiệu dụng U_{phụ nữ} = U

= 60V. Hệ số công suất của đoạn mạch là bao nhiêu? $small frac{sqrt{3}}{2}$ mạch điện bài 5 trang 85 sgk vật lý 12 $small small frac{sqrt{2}}{2}$ MỘT.

B.1/3 C .

D.1/2 $small frac{sqrt{3}}{2}$

° Giải bài 5 trang 85 SGK Vật Lý 12:_{– Đáp án đúng: A.} – vâng: U_NQ = U

$small U_{PQ}^{2}=U_{R}^{2}+left ( U_{L} -U_{C} ight )^{2}=60^{2}$ CŨ

$small U_{PN}^{2}=U_{R}^{2}+U_{L}^{2}=60^{2}$ = 60V

$small U_{L}=frac{U_{C}}{2}=frac{60}{2}=30$ $small U_{R}=30sqrt{2}$ (**)

– Từ $small cosvarphi =frac{U_{R}}{_{PQ}}=frac{30sqrt{3}}{60}=frac{sqrt{3}}{2}$

và chúng ta có: (V).

(V).

⇒

* Bài 6 trang 85 SGK Vật Lý 12: $small P=RI^{2}=left (frac{U}{Z} ight )^{2}$ Mạch điện xoay chiều nối tiếp gồm: R = 30ω ; L = 5,0/πmH ; C = 50/π μF được cung cấp bởi 100V rms, f = 1kHz. Xác định điện năng tiêu thụ và hệ số công suất. $small Z=sqrt{R^{2}+left ( Lomega -frac{1}{Comega } ight )^{2}}$ $small =sqrt{30^{2}+left ( frac{0,005}{pi }.2000pi-frac{1}{frac{50.10^{-6}}{pi }.2000pi } ight )}=30(Omega )$

$small Rightarrow P=30left ( frac{100}{30} ight )^{2}=333,3(W)$

° Giải bài 6 trang 85 SGK Vật Lý 12: $small cosvarphi =frac{R}{Z}=frac{30}{30}=1$

– Tần số f=1KHz = 1000Hz ⇒ ω=2πf=2000π(rad/s)

– Sự tiêu thụ năng lượng:

với

– Hệ số công suất: Hy vọng với bài viết Công suất tiêu thụ của mạch điện xoay chiều, công thức tính hệ số công suất và các bài tập trên sẽ giúp ích cho các bạn. Mọi góp ý, thắc mắc các em vui lòng để lại bình luận bên dưới bài viết để Trường ĐH KD & CN Hà Nội ghi nhận và hỗ trợ các em, chúc các em học tập đạt kết quả tốt nhất. Người đăng: Trường ĐH KD & CN Hà Nội Bản quyền bài viết thuộc trường ĐH KD & CN Hà Nội. Mọi sao chép đều là gian lận! Nguồn chia sẻ: ĐH KD & CN Hà Nội (hubm.edu.vn) Tags Vật Lý 12