Học tốt Vật lí 12, bài 15: Công suất tiêu thụ của mạch điện xoay chiều. Hệ số công suất

Chủ nhật - 11/08/2019 12:11

Hệ thống kiến thức lí thuyết cơ bản cần nhớ, hướng dẫn trả lời câu hỏi sách giáo khoa và giải bài tập Vật lí 12, bài 15: Công suất tiêu thụ của mạch điện xoay chiều. Hệ số công suất

A. Kiến thức cơ bản
1. Công suất tức thời của mạch điện xoay chiều:
- Cường độ tức thời trong mạch: i = I

cosωt
- Điện áp tức thời: u = U

cos(ωt + φ)
- Công suất tức thời:
P = ui = 2UIcosωtcos(ωt + φ) = UI [cosφ + cos(2ωt + φ)]
2. Công suất trung bình tiêu thụ trong một đoạn mạch
P = UIcosφ hay P = R²I
UI: công suất biểu kiến (đơn vị vôn ampe VA)
UIcosφ: công suất tác dụng (đơn vị W) (cosφ ≤ 1)
với cosφ =

hay cosφ =

: gọi là hệ số công suất
3. Điện năng tiêu thụ của mạch điện trong thời gian t: ω = P .t
4. Ý nghĩa hệ số công suất
- Trường hợp cosφ = 1, φ= 0: Đoạn mạch điện xoay chiều chỉ chứa R, hoặc mạch RLC có xảy ra cộng hưởng => Công suất lớn nhất P = UI
- Trường hợp cosφ = 0, φ = ±

. Đoạn mạch xoay chiều không chứa điện trở thuần => P = 0
- Trường họp 0 < cosφ < 1, -

< φ < 0, hoặc 0 < φ <

=> P = UIcosφ < UI
5. Tầm quan trọng của hệ số công suất trong quá trình cung cấp và sử dụng điện năng.
Nhà máy sản xuất có công suất tiêu thụ trung bình của các thiết bị điện là P ² = UIcosφ (cosφ > 0)
Cường độ dòng điện hiệu dụng: I =

Công suất hao phí trên các dây tải điện cho nhà máy:
P_hp = rI²= r.

Do đó nhà máy cần nâng cao cosφ để giảm P_hp.
Quy định về giá trị tối thiểu của cosφ là 0,85.

B. TRẢ LỜI CÂU HỎI C1, C2 SGK VẬT LÝ 12 BÀI 15
C1. Nhắc lại các công thức tính công suất diện tiêu thụ trong một mạch điện không đổi.
Trả lời:
Công suất tiêu thụ mạch điện không đổi P = UI

C2. Bổ sung vào cho đầy đủ Bảng 15.1.
Trả lời:
Một số giá trị của hệ số công suất trong các đoạn mạch
hoc tot vat ly 12 bai 15 cau c2

C. TRẢ LỜI CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP SGK VẬT LÝ 12 BÀI 15 TRANG 85
1. Công suất tỏa nhiệt trong một mạch điện xoay chiều phụ thuộc vào điều gì ?
Trả lời:
Công suất tỏa nhiệt P phụ thuộc vào hệ số công suất.
Mà hệ số công suất cosφ =

, do đó P phụ thuộc vào Z và R.

* Trong các bài toán sau đây, cuộn dây được giả thiết là thuần cảm.
2. Hãy chọn câu đúng. Hệ số công suất của một mạch điện xoay chiều bằng:
A. RZ
B.

Trả lời:
Chọn đáp án C. cosφ =

3. Hãy chọn câu đúng. Hệ số công suất của 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

Giải:
Chọn đáp án B. Mạch RLC mắc nối tiếp có Z_L= Z_C mạch cộng hưởng nên cosφ =

= 1

3. Hãy chọn câu đúng. Mạch điện xoay chiều nối tiếp R = 10Ω; Z_L = 8Ω; Z_C= 6 Ω 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:
Chọn đáp án A.
Ta có:

<=>

= 4π²f²LC (1)
Vì cosφ = 1 nên mạch cộng hưởng ta có LC4π²f’²= 1 (2)
(1) và (2) suy ra 4π²f’²=

π²f²
f’=

f => f’<f

5. Cho mạch diện trên Hình 15.2, trong đó L là một cuộn cảm thuần, điện áp hai đầu mạch U_PQ= 60

cos100πt (V), các điện áp hiệu dụng U_PN= U_NQ= 60V. Hệ số công suất của mạch là bao nhiêu?
A.

Giải:
Chọn đáp án A. Ta có :
U²_PQ= U²_R +(U_L-U_L)² = 60² (1)
U²_PN= U²_R+U²_L = 60² (2)
(1) và (2) ta có U_L=

= 30V, U_R= 30

V
Vậy cosφ =

6. Mạch điện xoay chiều nối tiếp gồm có: R = 30Ω; L =

mH; C =

µF cung cấp bởi điện áp hiệu dụng 100V, f = 1kHz. Hãy xác định công suất tiêu thụ và hệ số công suất.
Giải:
Công suất tiêu thụ : P = RI² = R