Giải bài 1 2 3 4 5 6 trang 85 sgk Vật Lí 12

Thuan Nguyen12 giờ ago

1 6 minutes read

Hướng dẫn giải Bài 15. Công suất điện tiêu thụ của mạch điện xoay chiều. Hệ số công suất sgk Vật Lí 12. Nội dung bài Giải bài 1 2 3 4 5 6 trang 85 sgk Vật Lí 12 bao gồm đầy đủ phần lý thuyết, câu hỏi và bài tập, đi kèm công thức, định lí, chuyên đề có trong SGK để giúp các em học sinh học tốt môn vật lý 12, ôn thi tốt nghiệp THPT quốc gia.

LÍ THUYẾT

Công suất tiêu thụ điện của mạch điện xoay chiều. Hệ số công suất

I. Công suất của mạch điện xoay chiều

1. Biểu thức công suất

Xét một mạch điện xoay chiều hình sin có:

– Điện áp tức thời hai đầu mạch: (u = Usqrt 2 cos omega t)

– Cường độ dòng điện tức thời trong mạch: (i = Isqrt 2 cos left( {omega t + varphi } right))

– Công suất tức thời trên đoạn mạch là:

(begin{array}{l}p = u.i = 2UIcos omega t.cos left( {omega t + varphi } right) = UIleft[ {cos varphi + cos left( {2omega t + varphi } right)} right]end{array})

– Giá trị trung bình của công suất tiêu thụ trong một chu kì T:

(P = overline p = UIleft[ {overline {cos varphi } + overline {cos left( {2omega t + varphi } right)} } right] = UIcos varphi )

Suy ra công thức tính công suất tiêu thụ trung bình của mạch điện xoay chiều trong một thời gian dài nếu điện áp hiệu dụng và cường độ hiệu dụng không đổi là:

(P = UIcos varphi )

2. Điện năng tiêu thụ của mạch điên

Điện năng tiêu thụ của mạch điện trong thời gian t là: [{rm{W}} = P.t]

II. Hệ số công suất

1. Biểu thức của hệ số công suất

Trong công thức: (P = UIcos varphi ) thì (cos varphi ) được gọi là hệ số công suất.

Vì (left| varphi right| < {90^0} Rightarrow 0 le cos varphi le 1)

2. Tầm quan trọng của hệ số công suất trong quá trình cung cấp và sử dụng điện năng

Công suất tiêu thụ trung bình của các thiết bị điện trong nhà máy cho bởi:

(P = UIcos varphi ,cos varphi > 0)

Suy ra: (I = frac{P}{{Ucos varphi }}) nên công suất hao phí trên đường dây tải (có điện trở r) là:

({P_{hp}} = r{I^2} = frac{{r.{P^2}}}{{{U^2}{{cos }^2}varphi }})

Nếu hệ số công suất nhỏ thì công suất hao phí trên đường dây sẽ lớn, vì vậy người ta phải tìm cách nâng cao hệ số.

3. Tính hệ số công suất của mạch điện RLC nối tiếp

(cos varphi = frac{{{U_R}}}{U}) hay (cos varphi = frac{R}{Z})

Công suất trung bình tiêu thụ trong một mạch điện xoay chiều bất kì được tính bởi:

(P = UIcos varphi = {I^2}R)

⇒ Công suất tiêu thụ trong mạch điện có R,L,C mắc nối tiếp bằng công suất tỏa nhiệt trên R.

CÂU HỎI (C)

1. Trả lời câu hỏi C1 trang 81 Vật Lý 12

Nhắc lại các công thức tính công suất điện tiêu thụ trong một mạch điện không đổi.

Trả lời:

Công suất tiêu thụ mạch điện không đổi $P = UI$

2. Trả lời câu hỏi C2 trang 83 Vật Lý 12

Hãy điền đầy đủ thông tin vào ô còn trống trong Bảng 15.1.

Trả lời:

Vận dụng biểu thức tính hệ số công suất:

(cosvarphi = dfrac{R}{Z} = dfrac{R}{{sqrt {{R^2} + {{left( {{Z_L} – {Z_C}} right)}^2}} }})

Ta có: Bảng 15.1

Bảng 15.1 - Vật lý 12

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

Dưới đây là phần Hướng dẫn Giải bài 1 2 3 4 5 6 trang 85 sgk Vật Lí 12 đầy đủ và ngắn gọn nhất. Nội dung chi tiết bài giải (câu trả lời) các câu hỏi và bài tập các bạn xem sau đây:

❓

1. Giải bài 1 trang 85 Vật Lý 12

Công suất điện tiêu thụ trong một mạch điện xoay chiều phụ thuộc vào những đại lượng nào ?

Trả lời:

Ta có: cos(varphi) = (frac{R}{Z}) = (frac{R}{sqrt{R^{2}+ (omega L – frac{1}{omega C})^{2}}}).

Như vậy hệ số công suất của mạch điện phụ thuộc vào R, L, C (linh kiện của mạch điện) và ω (tần số của điện áp đặt vào).

?

1. Giải bài 2 trang 85 Vật Lý 12

Trong các bài toán sau đây, cuộn dây được giả thiết là thuần cảm.

Hãy chọn câu đúng.

Hệ số công suât của một mạch điện R L C nối tiếp bằng:

A. RZ; B. (frac{Z_{L}}{Z}); C. (frac{R}{Z}); D. (frac{Z_{C}}{Z}).

Bài giải:

Hệ số công suất: cos(varphi) = (frac{R}{Z})

⇒ Đáp án C.

2. Giải bài 3 trang 85 Vật Lý 12

Hãy chọn câu đúng.

Hệ số công suất trong mạch điện xoay chiều gồm R, L, C mắc nối tiếp với ZL = ZC:

A. Bằng 0;

B. Bằng 1;

C. Phụ thuộc R;

D. Phụ thuộc (frac{Z_{C}}{Z_{L}}).

Bài giải:

Ta có:

(left{ matrix{ c{rm{os}}varphi = {R over Z} = {R over {sqrt {{R^2} + {{left( {{Z_L} – {Z_C}} right)}^2}} }} hfill cr {Z_L} = {Z_C} hfill cr} right. Rightarrow c{rm{os}}varphi = {R over {sqrt {{R^2} + {0^2}} }} = 1)

⇒ Đáp án B.

3. Giải bài 4 trang 85 Vật Lý 12

Hãy chọn câu đúng

Mạch điện xoay chiều nối tiếp R = 10 Ω; ZL = 8 Ω; ZC = 6 Ω với tận 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.

Bài giải:

Ta có:

– Để có hệ số công suất bằng 1 thì mạch phải xảy ra hiện tượng cộng hưởng.

Tức là: (omega L = {1 over {omega C}} Leftrightarrow 2pi {f_0}L = {1 over {2pi {f_0}C}} Leftrightarrow {f_0} = {1 over {2pi sqrt {LC} }}) (1)

– Với tần số f ta có:

(eqalign{ & left{ matrix{ {Z_L} = omega L = 2pi fL = 8 hfill cr {Z_C} = {1 over {omega C}} = {1 over {2pi fC}} = 6 hfill cr} right. Rightarrow {f^2} = {8 over 6}.{1 over {4{pi ^2}LC}} cr&Rightarrow f = {2 over {sqrt 3 }}.{1 over {2pi sqrt {LC} }} cr & cr} ) (2)

– Từ (1) và (2) ( Rightarrow {f_0} = {{sqrt 3 } over 2}f < f)

⇒ Đáp án A.

4. Giải bài 5 trang 85 Vật Lý 12

Cho mạch điện trên hình 15.2, trong đó L là một cuộn cảm thuần, điện áp hai đầu mạch.

UPQ= 60(sqrt 2)cos100πt (V), các điện áp hiệu dụng

UPN = UNQ =60 V. Hệ số công suất của mạch là bao nhiêu ?

A. ({{sqrt 3 } over 2}); B.({1 over 3}); C. ({{sqrt 2 } over 2}); D. ({1 over 2}).

Bài giải:

♦ Cách 1: Ta có:

(left{ matrix{ {U_{PQ}} = sqrt {U_R^2 + {{left( {{U_L} – {U_C}} right)}^2}} = 60V hfill cr {U_{PN}} = sqrt {U_R^2 + U_L^2} = 60V hfill cr {U_{NQ}} = {U_C} = 60V hfill cr} right. )

(Rightarrow left{ matrix{ {U_R} = 30sqrt 3 V hfill cr {U_L} = 30V hfill cr {U_C} = 60V hfill cr} right.)

Hệ số công suất của mạch:

(cos varphi = displaystyle{R over Z} = {R over {sqrt {{R^2} + {{left( {{Z_L} – {Z_C}} right)}^2}} }} )

(= {{{U_R}} over {sqrt {U_R^2 + {{left( {{U_L} – {U_C}} right)}^2}} }} )

(= displaystyle{{30sqrt 3 } over {sqrt {{{left( {30sqrt 3 } right)}^2} + {{left( {30 – 60} right)}^2}} }} = {{sqrt 3 } over 2})

⇒ Đáp án A.

♦ Cách 2: Sử dụng giản đồ vectơ

Giải bài tập Vật Lý 12 | Giải Lý 12

Từ hình vẽ ta có: Vì UPN = UNQ = UC = UPQ = 60 V → ΔONQ đều → (varphi = frac{pi}{6} rad )

Vậy: cos(varphi = cos {frac{-pi}{6}} = frac{sqrt 3}{2})

5. Giải bài 6 trang 85 Vật Lý 12

Mạch điện xoay chiều nối tiếp gồm có R = 30 Ω; L = (frac{5,0}{pi }) mH; C = (frac{50}{pi }) μF cung cấp bởi điện áp hiệu dụng 100 V, f = 1kHz. Hãy xác định công suất tiêu thụ và hệ số công suất.

Bài giải:

Ta có:

(omega = 2pi f = 2000pi {rm{ (}}rad/s) Rightarrow ;left{ matrix{ {Z_L} = omega L = 10Omega hfill cr {Z_C} = {1 over {omega C}} = 10Omega hfill cr} right. )

(Rightarrow {Z_L} = {Z_C})

⇒ Trong mạch xảy ra hiện tượng cộng hưởng:

( Rightarrow left{ matrix{ I = {U over R} hfill cr c{rm{os}}varphi = 1 hfill cr} right.)

Công suất: P = RI2 = (frac{U^{2}}{R}) = (frac{100^{2}}{30}) ≈ 333 W

Bài trước: