Hiệu điện thế hiệu dụng của các phần tử trong mạch xoay chiều - Vật lý 12

$U_L$ Hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn cảm thuần

$\omega$ tần số góc của dòng điện xoay chiều $\left(rad/s\right)$

$Z_L$ Cảm kháng của cuộn cảm $\left(\Omega \right)$

$L$ Độ tự cảm $\left(H\right)$

$U_C$ Hiệu điện thế giữa hai đầu tụ điện

$\omega$ tần số góc của dòng điện xoay chiều $\left(rad/s\right)$

$Z_C$ Dung kháng của tụ điện$\left(\Omega \right)$

$C$ Điện dung của tụ điện $\left(F\right)$

$U$ Hiệu điện thế giữa hai đầu mạch $\left(V\right)$.

$U_R$ Hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở .$\left(V\right)$

$U_L$ Hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn cảm thuần .$\left(V\right)$

$U_C$ Hiệu điện thế giữa hai đầu tụ điện $\left(V\right)$ .

$\cos \left(\phi \right)$ hệ số công suất của mạch

$\phi >0\Rightarrow Z_L>Z_C :$ Mạch có tính cảm kháng. u nhanh pha so với i

$\phi =0\Rightarrow Z_L=Z_C :$: Hiện tựơng cộng hưởng.u cùng pha so với i

$\phi <0\Rightarrow Z_L<Z_C :$Mạch có tính dung kháng.u chậm pha so với i

$\cos \left(\phi \right)$ Hệ số công suất của mạch.

$R$$\left(\Omega \right)$ Điện trở

$Z_L\left(\Omega \right)$ Cảm kháng 

$Z_C\left(\Omega \right)$ Dung kháng

Phương pháp véc tơ trượt:

Đi từ trái qua phải : Gặp điện trở vẽ $U_R$ theo phương ngang,gặp cuộn cảm thuần vẽ $U_L$ theo phương chiều hướng lên ,gặp tụ điện vẽ $U_C$ theo phương chiều hướng xuống.Nối điểm đầu và của các véc tơ ta được đoạn là hiệu điện thế của các mạch.

Ứng dụng khi bài toán liên quan đến các U liên tiếp nhau, điện trở ở đầu mạch

Từ giản đồ véc tơ trượt :

$\phi$ độ lệch pha của cả mạch

${\phi }_2$ độ lệch pha của của cuộn dây

$\phi$ độ lệch pha của mạch chính

$U_R$Hiệu điện thế hiệu dụng của điện trở $\left(V\right)$

$U_r$Hiệu điện thế hiệu dụng của điện trở trong$\left(V\right)$

$U_L$Hiệu điện thế hiệu dụng của cuộn cảm thuần $\left(V\right)$

$U_C$Hiệu điện thế hiệu dụng của tụ điện $\left(V\right)$

$U$Hiệu điện thế hiệu dụng của mạch điện $\left(V\right)$

$Z_L$Cảm kháng$\left(\Omega \right)$

$Z_{C }$Dung kháng $\left(\Omega \right)$

$r$Điện trở trong$\left(\Omega \right)$

$R$Điện trở$\left(\Omega \right)$

$U_L$ Hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn cảm $\left(V\right)$

$U_C$ Hiệu điện thế giữa hai đầu tụ điện $\left(V\right)$

$U$ Hiệu điện thế giữa hai đầu mạch điện $\left(V\right)$

$U_R$ Hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở $\left(V\right)$

$U_{Cmax}$ là hiệu điện thế đạt cực đại khi C thay đổi ,ở trường hợp cực đại khi đó $C=C\text{'} , \phi ={\phi }_0\text{'}$

${\phi }_1$ ứng với pha ban đầu của mạch khi $C=C_1$

${\phi }_2$ứng với pha ban đầu của mạch khi $C=C_2$

Để $U_{C}max$ : $Z_{C\text{'}}=\frac{R^2+{Z_L}^2}{Z_L}$ ;$U_{Cmax}=\frac{U}{R}\sqrt{R^2+{Z_L}^2}$

$$\begin{gathered} U_{RL}\perp U :U_{Cmax}=\sqrt{U^2+{U_{RL}}^2} \\ {U_{Cmax}}^2-U_{Cmax}.U_L-U^2=0 \end{gathered}$$

$\tan \left({\phi }_0\text{'}\right)=-\frac{R}{Z_L}$

Để $U_{C}max$ : $Z_{C\text{'}}=\frac{{\left(R+r\right)}^2+{Z_L}^2}{Z_L}$ ;$U_{Cmax}=\frac{U}{R+r}\sqrt{{\left(R+r\right)}^2+{Z_L}^2}$

$$\begin{gathered} U_{\left(R+r\right)L}\perp U :U_{Cmax}=\sqrt{U^2+{U_{\left(R+r\right)L}}^2} \\ {U_{Cmax}}^2-U_{Cmax}.U_L-U^2=0 \end{gathered}$$

$U_{Lmax}$ là hiệu điện thế đạt cực đại khi L thay đổi ,ở trường hợp cực đại khi đó $L=L\text{'} , \phi ={\phi }_0\text{'}$

${\phi }_1$ ứng với pha ban đầu của mạch khi $L=L_1$

${\phi }_2$ứng với pha ban đầu của mạch khi $L=L_2$

Để $U_{L}max$ : $Z_{C\text{'}}=\frac{R^2+{Z_C}^2}{Z_C}$ ;$U_{Lmax}=\frac{U}{R}\sqrt{R^2+{Z_C}^2}$

$$\begin{gathered} U_{RC}\perp U :U_{Lmax}=\sqrt{U^2+{U_{RC}}^2} \\ {U_{Lmax}}^2-U_{Lmax}.U_C-U^2=0 \end{gathered}$$

$\tan \left({\phi }_0\text{'}\right)=\frac{R}{Z_C}$

$\phi {\text{'}}_0$ pha của mạch khi $\omega$ thay đổi đến ${\omega }_{Lmax}$

$U_{Lmax}$ hiệu điện thế cuộn cảm đạt cực đại khi $\omega$ thay đổi

$\phi {\text{'}}_0$ pha của mạch khi $\omega$ thay đổi đến ${\omega }_{Cmax}$

$U_{Cmax}$ hiệu điện thế tụ điện đạt cực đại khi $\omega$ thay đổi

${\omega }_R$ tần số góc khi $U_R$đạt cực đại 

${\omega }_L$ tần số góc khi $U_L$đạt cực đại 

${\omega }_C$ tần số góc khi $U_C$đạt cực đại 

Khi một trong L,C thay đổi

$$\begin{gathered} U_r=\frac{rU}{\sqrt{{\left(R+r\right)}^2+{\left(Z_L-Z_C\right)}^2}} max \\ \Rightarrow Z_L=Z_C\Rightarrow U_r max=\frac{rU}{R+r} \end{gathered}$$

Xảy ra hiện tượng cộng hưởng

$LC=\frac{1}{{\omega }^2}$

$\omega$ tần số góc xảy ra cộng hưởng ứng với  L, C

Khi R thay đổi 

$$\begin{gathered} U_r=\frac{rU}{\sqrt{{\left(R+r\right)}^2+{\left(Z_L-Z_C\right)}^2}} max \\ \Rightarrow Khi R=0\Rightarrow U_r max=\frac{rU}{\sqrt{r^2+{\left(Z_L-Z_C\right)}^2}} \end{gathered}$$

Không phải trường hợp cộng hưởng

$n_1,n_2$ tốc độ quay của máy phát điện khi cùng giá trị I, $U_R$

$n_0$ tốc độ quay của máy phát điện khi $I,U_R$max

Dòng điện xoay chiều qua điện trở sinh ra nhiệt , có hiệu điện thế điện trở lớn nhất là U