Bài giảng Vật lí Lớp 12 - Bài: Dòng điện xoay chiều trong các mạch R-L-C

Bài :  D ỊNG ĐIỆN XOAY CHIỀU TRONG CÁC MẠCH R-L-C 
GIÁO ÁN ĐIỆN TỬ 
Bài 3  Dòng điện xoay chiều trong các loại đoạn mạch 
Trở về 
I. Đoạn mạch chỉ có điện trở thuần R. 
II. Đoạn mạch chỉ có tụ điện C . 
III. Đoạn mạch chỉ có cuộn cảm L. 
Ôn Tập . 
I. Đoạn mạch chỉ có R : 
Là dụng cụ điện chỉ có tác dụng nhiệt khi có dòng điện truyền qua. 
1. Điện trở thuần R : 
2. Liên hệ giữa u và i : 
Xét một đoạn mạch chỉ có điện trở thuần R. Hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch : u = U 0 sin t . 
Định luật Ôm : 
  
Đặt : I 0 = U 0 /R 
 i = I 0 sin  t 
Vậy hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch chỉ có điện trở thuần biến thiên điều hòa cùng tần số và cùng pha với dòng điện . 
3. Biểu Thức Định Luật Ôm : 
Giản đồ vectơ quay: 
Cho dòng điện qua R là i = I 0 sin t 
	 u R = U 0 sin t 
U 0 
I 0 
 
4. Thí dụ : 
Cho dòng điện i = 5sin( 100t-/5) A qua một điện trở R = 10 . 
Tính nhiệt lượng toả ra ở R trong 10 phút . 
Viết biểu thức của hiệu điện thế ở hai đầu R. 
Bài giải 
Trở về 
a. Thí nghiệm : Mắc mạch điện như hình vẽ : 
1.Tác Dụng Của Tụ Điện Đối Với Dòng Điện Xoay Chiều : 
II. Đoạn mạch chỉ có tụ điện C : 
Nối AB với nguồn không đổi và K ở N đèn Đ không sáng chứng tỏ dòng điện không đổi không truyền qua tụ điện C 
Nối AB với nguồn xoay chiều : 
C 
K 
A 
B 
M 
N 
Đ 
+ 
- 
K ở M đèn Đ sáng 
K ở N đèn Đ sáng mờ hơn . 
Chứng tỏ dòng điện xoay chiều truyền qua được tụ điện và tụ điện C có điện trở đối với dòng điện xoay chiều . 
 
Tụ điện cho dòng điện xoay chiều đi qua nhưng cũng có tác dụng cản trở dòng điện . Ta nói tụ điện có một điện trở gọi là dung kháng , kí hiệu : Z C (  ) 	 . 
b. Dung Kháng Z C : 
C : Điện dung của tụ điện (F) 
f : Tần số dòng điện (Hz) 
Đối với dòng điện không đổi Z C   . 
2. Liên Hệ Giữïa u và i : 
Xét một đoạn mạch chỉ có tụ điện C, giữa hai đầu của đoạn mạch có hiệu điện thế : u = U 0 sin  t 
Điện tích q của tụ điện :	 q = Cu = CU 0 sin  t 
Cường độ dòng điện trong mạch là đạo hàm của q đối với t 
	 i = q’ =  CU 0 cos  t =  CU 0 sin(  t +  /2) 
Đặt I 0 =  CU 0  i = I 0 sin(  t +  /2) 
3. Biểu Thức Định Luật Ôm : 
Giản đồ vectơ quay: 
Cho dòng điện qua C là i = I 0 sin t 
 u C = U 0 sin( t-  /2) với U 0 =I 0 / C 
U 0 
I 0 
 
4. Thí dụ : Cho dòng điện i = 5sin( 100t+/5) A qua một tụ điện có điện dung C = 100/  F. 
Tính dung kháng của tụ điện . 
Viết biểu thức của hiệu điện thế ở hai bản của C. 
Bài giải 
Vậy hiệu điện thế u C giữa hai đầu đoạn mạch chỉ có tụ điện biến thiên điều hòa cùng tần số và trễ pha hơn dòng điện i là  /2 : 	  u =  i -  /2 
Ta có : I 0 =  CU 0 
  
K 
A 
B 
M 
N 
Đ 
L 
Trở về 
a. Thí nghiệm : Mắc mạch điện như hình vẽ : 
1.Tác Dụng Của Cuộn Cảm Đối Với Dòng Điện Xoay Chiều : 
II. Đoạn mạch chỉ có cuộn cảm L : 
Nối AB với nguồn xoay chiều : 
K ở M đèn Đ sáng 
K ở N đèn Đ sáng mờ hơn . 
Chứng tỏ dòng điện xoay chiều truyền qua cuộn cảm và cuộn cảm L có điện trở đối với dòng điện xoay chiều . 
 
Cuộn cảm cho dòng điện xoay chiều đi qua nhưng cũng có tác dụng cản trở dòng điện . Ta nói cuộn cảm có một điện trở gọi là cảm kháng , kí hiệu : Z L (  ) . 
b. Cảm kháng Z L : 
L : Độ tự cảm của cuộn cảm (H) 
f : Tần số dòng điện (Hz) 
Đối với dòng điện không đổi Z L = 0. 
2. Liên Hệ Giữïa u và i : 
Xét một đoạn mạch chỉ có cuộn cảm L, cường độ dòng điện xoay chiều qua đoạn mạch là : i = I 0 sin  t 
Xét tại thời điểm t dòng điện i đang tăng và trong L xuất hiện suất điện động tự cảm e , đóng vai trò như một suất phản điện :	 e = Li’  e =  LI 0 cos  t 
Định luật Ôm cho đoạn mạch : u = (R + r’)i + e 
Mà R + r’ = 0  	 u = e =  LI 0 sin(  t +  /2) 
Đặt  LI 0 = U 0  	 u = U 0 sin(  t +  /2) 
 Z L = L = 2fL 
3. Biểu Thức Định Luật Ôm : 
Giản đồ vectơ quay: 
Cho dòng điện qua L là i = I 0 sin t 
 u L = U 0 sin( t+  /2) với U 0 =I 0 . L 
U 0 
I 0 
 
4. Thí dụ : Một cuộn cảm có L = 318 mH được mắc vào một hiệu điện thế u = 200sin( 100t-/5) V . 
Tính cảm kháng của cuộn cảm . 
Viết biểu thức của cường độ dòng điện qua cuộn cảm . 
Bài giải 
Vậy hiệu điện thế u L giữa hai đầu đoạn mạch chỉ có cuộn cảm biến thiên điều hòa cùng tần số và sớm pha hơn dòng điện i là  /2 : 	  u =  i +  /2 
Ta có : U 0 =  LI 0 
  
Ôn Tập 
1. Chọn câu đúng : 
a. Hiệu điện thế ở hai đầu điện trở thuần biến thiên điều hoà sớm pha hơn dòng điện là /2 . 
c. Cường độ dòng điện qua cuộn cảm thì sớm pha hơn hiệu điện thế ở hai đầu cuộn cảm . 
b. Dung kháng của tụ điện C tỷ lệ thuận với chu kỳ của dòng điện xoay chiều qua C. 
d. Ở tụ điện thì tần số của hiệu điện thế giữa hai bản nhỏ hơn tần số của dòng điện qua tụ . 
Trở về 
Trường THPT BC 
Trần Khai Nguyên 
Sở Giáo Dục – Đào Tạo 
Tp . Hồ Chí Minh 
Ta có i = 5sin( 100t-/5) A 
  
I 0 = 5 A 
 =100 rad/s 
 i = - /5 
Nhiệt lượng toả ra là : Q = RI 2 t 
Q = 75000 J 
R = 10  
I = I 0 / 
t = 600 s 
  
b. Biểu thức của hiệu điện thế ở hai đầu R. 
u = U 0 sin( t+  u ) 
U 0 = I 0 R= 50 V 
 =100 rad/s 
 u =  i = - /5 
  
 u = 50sin( 100t-/5) V 
Ta có i = 5sin( 100t+/5) A 
  
I 0 = 5 A 
 =100 rad/s 
 i = /5 
Dung kháng của tụ điện : Z C = 1/ C 
Z C = 100  
C = 100/  F = 10 -4 /  F 
 =100 rad/s 
  
b. Biểu thức của hiệu điện thế ở hai đầu C. 
u = U 0 sin( t+  u ) 
U 0 = I 0 Z C = 500 V 
 =100 rad/s 
 u =  i - /2 = -3 /10 
  
 u = 500sin( 100t-3/10) V 
Ta có u = 200sin( 100t-/5) V 
  
U 0 = 200V 
 =100 rad/s 
 u = - /5 
Cảm kháng của cuộn cảm : Z L = L 
Z L = 100  
L = 318 mH = 0,318H 
 =100 rad/s 
  
b. Biểu thức của cường độ dòng điện qua cuộn cảm . 
i = I 0 sin( t+  u ) 
I 0 = U 0 /Z L = 2 A 
 =100 rad/s 
 i =  u - /2 = -7 /10 
  
 i = 2sin( 100t-7/10) A