Các mạch điện xoay chiều là nền tảng quan trọng của chương trình Vật lý 12. Vì vậy, các em học sinh cần củng cố và nắm chắc kiến thức là một trong những điều không thể thiếu để gặt hái những thành quả tốt đẹp, nhận những điểm cao trong các kỳ kiểm tra, các bài thi sắp tới. Cùng Học Thông Minh tìm hiểu ngay lý thuyết về mạch điện xoay chiều, và cả những bài tập luyện tập nhé!
1. Mạch điện xoay chiều là gì?
Mạch điện xoay chiều là mạch được tạo ra bởi dòng điện xoay chiều. Mạch điện xoay chiều có nhiều loại khác nhau, có thể kể tới như mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở R, mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện,… Để tìm hiểu về các loại mạch điện này, cùng chuyển ngay xuống mục nội dung tiếp theo nhé!
2. Các loại mạch điện xoay chiều
2.1. Mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở R
Đoạn mạch xoay chiều chỉ có một phần tử R có thể được hiểu là trên một đoạn mạch AB, có mắc một điện trở R và dòng điện xoay chiều chạy qua. Theo định luật Ôm, điển trở R sẽ cản trở dòng điện xoay chiều.
Định luật Ôm trong mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở: Cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch có cuộn cảm thuần có giá trị bằng thương số của điệp áp hiệu dụng và cảm kháng của mạch điện.
I= U/R
UR cùng pha với i khi cường độ tức thời trong mạch cùng pha với điện áp tức thời hai đầu mạch
Khi nối 2 đầu R vào điện áp xoay chiều u=Uocos(ωt)
=> i = u/R = (Uo/R).cos(ωt) = I.√2cosωt
Dưới đây là một số công thức cần nhớ liên quan đến bài toán mạch điện xoay chiều chỉ có một phần R mà các bạn cần nắm rõ để áp dụng khi làm bài như sau:
- Cường độ dòng điện cực đại: Io= Uo/R
- Cường độ dòng điện hiệu dụng: I=U/R
- Gía trị hiệu dụng = giá trị cực đại/√2
Trong đó:
- Io: cường độ dòng điện (A)
- Uo: hiệu điện thế cực đại (V)
- I: cường độ hiệu dụng (A)
- U: hiệu điện thế hiệu dụng (V)
- R: điện trở thuần (Ω)
Tham khảo bài tập dòng điện xoay chiều chỉ có điện trở tại đây.
2.2. Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện
Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện được hiểu là trong một đoạn mạch AB thì chỉ có 1 phần tử tụ điện và có thể cho dòng điện chạy qua, gây cản trở dòng điện và đặc trưng cho bởi dung kháng.
Phương trình hiệu điện thế tức thời của tụ điện:
uC = Uocos(ωt)
trong đó:
- uC : hiệu điện thế tức thời của tụ điện (V)
- Uo : hiệu điện thế cực đại (V)
- ωt: pha dao động
Phương trình cường độ dòng điện tức thời của tụ điện
ic = Iocos(ωt+ π/2)
Trong đó:
- ic: cường độ dòng điện tức thời (A)
- Io: cường độ dòng điện cực đại (A)
Định luật Ôm trong mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện: Tụ điện có giá trị bằng thương số của điện áp hiệu dụng giữa hai đầu mạch cũng như dung kháng của mạch là cường độ hiệu dụng ở trong mạch điện xoay chiều.
I=U/Zc
Một số công thức quan trọng cần nắm được khi làm bài phương trình hiệu điện thế trong tụ điện:
- Công thức tính dung kháng: Zc = 1/ωC
- Công thức tính cường độ dòng điện hiệu dụng: I=U/ZC
trong đó
- Zc: dung kháng (Ω)
- C: điện dung (F)
Ý nghĩa của dung kháng:
- Là đại lượng biểu hiện cho sự cản trở dòng điện xoay chiều trong tủ điện là Zc
- Dòng điện cao tần sẽ chuyển qua tụ điện dễ dàng hơn với dòng điện xoay chiều thấp tần.
- Zc sẽ làm cho i sớm pha π/2 với Uc
Khi so sánh pha dao động của uC và i, ta thấy i sớm pha π/2 hay còn được coi là Uc trễ pha so với i
Tham khảo bài tập dòng điện xoay chiều chỉ có tụ điện tại đây.
2.3. Mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần
Trong đoạn mạch xoay chiều chỉ có cuộn cảm và cho dòng điện xoay chiều chạy qua. Mạch điện xoay chiều có cuộn cảm thuần có đặc trưng là cảm kháng.
Cảm kháng là khái niệm dùng mô tả khả năng của một mạch điện xoay chiều trong việc chống lại dòng điện. Cảm kháng được tính bằng đơn vị Ôm và đường ký hiệu là XI
Ý nghĩa của cảm kháng:
- Sự cản trở dòng điện xoay chiều của cuộn cảm là ZL, đại lượng biểu hiện sự cản trở dòng điện
- Cuộn cảm L sẽ cản trở dòng điện xoay chiều, đặc biệt với dòng điện xoay chiều cao tần
- Khi i trễ pha π/2 so với u là do ZL
Phương trình hiệu điện thế tức thời do cuộn cảm:
uL= Uocos(ωt + π/2)
Trong đó:
- uL: hiệu điện thế tức thời của cuộn cảm
- Uo: hiệu điện thế cực đại (V)
Phương trình cường độ dòng điện tức thời của cuộn cảm:
iL=Iocos(ωt)
Trong đó:
- iL: cường độ dòng điện tức thời của cuộn cảm (A)
- Io: cường độ dòng điện cực đại
Định luật Ôm trong mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần: Cường độ hiệu dụng có giá trị bằng thương số của điện áp hiệu dụng và cảm kháng của mạch trong mạch điện xoay chiều có cuộn cảm thuần.
I=U/ZL
3. So sánh sự khác biệt giữa các mạch điện xoay chiều chứa các phần tử khác nhau
Cùng theo dõi bảng dưới đây để có thể dễ dàng phân biệt sự khác nhau giữa các phẩn tử trong mạch điện xoay chiều nhé!
Mạch chỉ có điện trở R Mạch chỉ có cuộn dây L Mạch chỉ có tụ điện C Kí hiệu R L C Trở kháng R Cảm kháng Dung kháng Định luật Ôm I = U/R I = U/ZL I = U/Zc Độ lệch pha u,i đồng pha u sớm pha hơn i góc π/2 u trễ pha hơn i một góc π/2 Biểu diễn bằng vec tơ quay Mqh giữa các giá trị tức thời u = i.R
4. Bài tập vận dụng
Sau đây là một số bài tập trắc nghiệm chủ đề mạch điện xoay chiều để hỗ trợ các em học sinh tham khảo và luyện tập nhé!
Câu 1: Trong một đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện thì điện áp ở hai đầu mạch:
A. sớm pha 0,5π so với cường độ dòng điện.
B. sớm pha 0,25π so với cường độ dòng điện.
C. trễ pha 0,5π so với cường độ dòng điện.
D. cùng pha với cường độ dòng điện.
Câu 2: Cho dòng điện xoay chiều có cường độ tức thời là i = 40sin(100πt + π/6) (mA) qua điện trở R = 50 Hz. Nhiệt lượng tỏa ra trên R trong 2 s đầu là:
A. 80 J B. 0,08 J.
C. 0,8 J D. 0,16 J
Câu 3: Đặt điện áp u = U0 cos100πt (V), ( t tính bằng s) vào hai đầu tụ điện có điện dung
- Dung kháng của tụ điện là:
- 15 Ω.
- 10 Ω.
- 50 Ω.
- 0,1 Ω.
Câu 4: Dòng điện xoay chiều chạy qua mạch chỉ có cuộn dây thuần cảm luôn:
- có pha ban đầu bằng 0.
- trễ pha hơn điện áp hai đầu mạch góc π/2
- có pha ban đầu bằng -π/2.
- sớm pha hơn điện áp hai đầu mạch góc π/2
Câu 5: Đoạn mạch gồm điện trở thuần R = 50 Ω mắc nối tiếp với tụ điện C = 10-4/π (F). Mắc hai đầu đoạn mạch này vào mạng điện sinh hoạt của nước ta thì cường độ hiệu dụng trong mạch có giá trị là:
- 1,97 A.
- 2,78 A.
- 2 A.
- 50√5 A.
Làm thêm các bài tập đại lượng dòng điện xoay chiều tại đây nhé!
Trên đây là những lý thuyết quan trọng về các mạch điện xoay chiều lớp 12 mà Học Thông Minh muốn chia sẻ với các em học sinh. Chúng mình hy vọng sau khi đọc xong, các em có thể tiếp thu thêm những kiến thức bổ ích và thành thạo hơn các dạng bài tập nhé! Để có thể luyện tập thêm các môn học khác, các em hoàn toàn có thể đăng ký tài khoản và thực hiện làm các bài tập trắc nghiệm online miễn phí cùng Học Thông Minh!
