Công suất tiêu thụ của Mạch điện xoay chiều, công thức tính Hệ số Công suất và bài tập - Vật lý 12 bài 15 - Trường THPT Thành Phố Sóc Trăng

Công suất tiêu thụ của Mạch điện xoay chiều, công thức tính Hệ số Công suất và bài tập – Vật lý 12 bài 15
Công suất điện tiêu thụ trong mạch điện xoay chiều là đại lượng vật lý đặc trưng cho vận tốc tiêu thụ điện năng ( hay tốc độ sinh công ) của mạch điện, còn thông số công suất là chỉ số đặc trưng cho năng lực cung ứng điện năng cho mạch ( hay năng lực sinh ra công hữu ích của một thiết bị ) .

Bạn đang đọc: Công suất tiêu thụ của Mạch điện xoay chiều, công thức tính Hệ số Công suất và bài tập – Vật lý 12 bài 15 – Trường THPT Thành Phố Sóc Trăng

Vậy làm thế nào để thống kê giám sát công suất tiêu thụ trong mạch điện xoay chiều, thông số công suất có ý nghĩa gì, công thức và cách tính thông số công suất như thế nào khi điện áp tức thời, dòng điện tức thời, … trong mạch xoay chiều biến thiên theo thời hạn, tất cả chúng ta cùng tìm hiểu và khám phá qua bài viết này nhé .

I. Công suất của mạch điện xoay chiều

Bạn đang xem : Công suất tiêu thụ của Mạch điện xoay chiều, công thức tính Hệ số Công suất và bài tập – Vật lý 12 bài 15

1. Biểu thức của Công suất

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

small u=Usqrt{2}cos(omega t)

và small i=Isqrt{2}cosleft ( omega t+varphi
ight )

và– Công suất tức thời trên đoạn mạch là :

small dpi{100} small p=ui=2UIcos(omega t)cosleft ( omega t+varphi
ight )

small =UIleft [ cosvarphi +cos(2omega t)+varphi
ight ]

(vận dụng công thức lượng giác biến đổi tích thành tổng)
( vận dụng công thức lượng giác đổi khác tích thành tổng )– Giá trị trung bình của công suất điện tiêu thụ trong một chu kỳ luân hồi T :

small P=overline{p}=UIleft [ overline{cosvarphi }+overline{cos(2omega t+varphi )}
ight ]

small =UI(cosvarphi +0)=UIcosvarphi
⇒ Công thức tính công suất tiêu thụ trung bình của mạch điện xoay chiều trong một thời hạn dài nếu điện áp hiệu dụng U và cường độ hiệu dụng I không đổi là :

P = UIcosφ

2. Điện năng tieu của của mạch điện

– Công thức tính điện năng tiêu thụ của mạch: W = P.t

– Đơn vị của công suất : Wh, KWh hoặc J ( Ws )
– Trong đó :
⋅ W là nguồn năng lượng tiêu thụ, đơn vị chức năng J
⋅ P. là công suất tiêu thụ, đơn vị chức năng W
⋅ t là thời hạn, đơn vị chức năng s

II. Hệ số công suất

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

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

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

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

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

ví dụ về hệ số công suất trong mạch rlc

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 năng

• Vì $small P=UIcosvarphi Rightarrow I=frac{P}{Ucosvarphi }$

nên công suất hao phí trên đường dây tải (có điện trở r) là $small Delta P=I^{2}.r=frac{r.P^{2}}{U^{2}cos^{2}varphi }$
nên công suất hao phí trên đường dây tải ( có điện trở r ) là• Nếu thông số công suất cosφ nhỏ thì công suất hao phí trên đường dây tải P. ( hao phí ) sẽ lớn, thế cho nên người ta phải tìm cách nâng cao thông số công suất .
• Với cùng điện áp U và dụng cụ dùng điện tiêu thụ một công suất P., tăng thông số công suất cosφ sẽ giảm cường độ hiệu dụng I từ đó giảm hao phí vì tỏa nhiệt trên dây dẫn
• Một trong những chiêu thức để tăng cosφ để làm giảm hao phí điện là lắp tụ bù ở những cơ sở tiêu thụ điện .

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

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

• Công suất trung bình tiêu thụ trong mạch :

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

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

THPT Sóc Trăngdn14

III. Bài tập vận dụng Tính công suất tiêu thụ và hệ số công suất trong mạch xoay chiều

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

• Công suất tiêu thụ trên mạch điện xoay chiều bất kể : P = UIcosφ
Trong đó φ là độ lệch pha giữa i và u .

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

và $small P=R.I^{2}$
và

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

° Lời giải bài 1 trang 85 SGK Vật Lý 12:

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

Xem thêm: FMCG là gì? Tiềm năng phát triển của ngành hàng tiêu dùng nhanh

– Hơn nữa, thông số công suất cosφ = R / Z, do đó P. còn phụ thuộc vào vào đặc tính cấu trúc 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 một mạch điện xoay chiều bằng:

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

C. $small frac{R}{Z}$ D. $small frac{Z_{C}}{Z}$
C.D.

° 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 mạch điện xoay chiều gồm R, L, C mắc nối tiếp với ZL = ZC:

A. bằng 0 B. bằng 1 C. nhờ vào R D. nhờ vào ZC / ZL

° Lời giải bài 3 trang 85 SGK Vật Lý 12:

– Đáp án đúng : B. bằng 1
– Vì mạch RLC mắc tiếp nối đuôi nhau có ZL = ZC

⇒ mạch 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; ZL = 8Ω; ZC = 6Ω với tần số f. Giá trị của tần số để hệ số công suất bằng 1:

A. là một số ít < f B. là một số ít > f
C. là 1 số ít = f
D. không sống sót

° Lời giải bài 4 trang 85 SGK Vật Lý 12:

– Đáp án đúng : A. là 1 số ít < f – Với tần số f, ta có :

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

$small Rightarrow frac{8}{6}=L.C.(2pi f)^{2}$ (*)
( * )– Khi cosφ = 1 thì mạch cộng hưởng nên ta có :

$small omega _{0}^{2}.L.C=1Leftrightarrow (2pi f_{0})^{2}LC=1$

(**)
( * * )– Chia vế với vế của ( * ) và ( * * ) ta được :

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

* Bài 5 trang 85 SGK Vật Lý 12: Cho mạch điện trên (hình 15.2 dưới), trong đó L là một cuộn cảm thuần, điện áp hai đầu mạch uPQ = 60√2cos100πt (V), các điện áp hiệu dụng UPN = UNQ = 60V. Hệ số công suất của mạch là bao nhiêu ?

mạch điện bài 5 trang 85 sgk vật lý 12

A. $small frac{sqrt{3}}{2}$

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

° Lời giải bài 5 trang 85 SGK Vật Lý 12:

– Đáp án đúng : A .
– có : UNQ = UC = 60V

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

(*)
( * )

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

(**)
( * * )

– Từ (*) và (**) ta có: $small U_{L}=frac{U_{C}}{2}=frac{60}{2}=30$

(V). $small U_{R}=30sqrt{2}$ (V).
( V ). ( V ) .

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

* Bài 6 trang 85 SGK Vật Lý 12: Mạch điện xoay chiều nối tiếp gồm có: R = 30ω ; L = 5.0/πmH ; C = 50/π μF cung cấp bởi điện áp hiệu dụng 100V, f = 1kHz. Hãy xác định công suất tiêu thụ và hệ số công suất.

° Lời giải bài 6 trang 85 SGK Vật Lý 12:

– Tần số f = 1KH z = 1000H z ⇒ ω = 2 πf = 2000 π ( rad / s )

– Công suất tiêu thụ: $small P=RI^{2}=left (frac{U}{Z} ight )^{2}$

với $small Z=sqrt{R^{2}+left ( Lomega -frac{1}{Comega } ight )^{2}}$ $small =sqrt{30^{2}+left ( frac{0,005}{pi }.2000pi-frac{1}{frac{50.10^{-6}}{pi }.2000pi } ight )}=30(Omega )$
với

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

– Hệ số công suất: $small cosvarphi =frac{R}{Z}=frac{30}{30}=1$

Hy vọng với bài viết về Công suất tiêu thụ của Mạch điện xoay chiều, công thức tính Hệ số Công suất và bài tập ở trên sẽ giúp ích cho các em. Mọi góp ý và thắc mắc các em vui lòng để lại bình luận dưới bài viết để Hay Học Hỏi ghi nhận và hỗ trợ, chúc các em học tập tốt.

Xem thêm: Cách xem sản phẩm thuộc ngành hàng nào trên Shopee

Đăng bởi : trung học phổ thông Sóc Trăng
Chuyên mục : Giáo Dục

Source: https://dvn.com.vn
Category: Tiêu Dùng