Cho mạch điện như hình. Điện áp \({u_{AB}} = 80\cos 100\pi t(V)\), \(r = 15Ω\), \(L = \dfrac{1}{{5\pi }}H\)
Điều chỉnh biến trở R để công suất tiêu thụ trên R cực đại. Tính R và PRmax.
\({Z_L}\; = \;20\Omega ,{\rm{ }}U = 40\sqrt 2 {\rm{ }}V\)
Công suất tiêu thụ trên R max khi:
\({R^2} = {r^2} + {\left( {{Z_L} - {Z_C}} \right)^2} \to R = \sqrt {{r^2} + {{\left( {{Z_L} - {Z_C}} \right)}^2}} = \sqrt {{{15}^2} + {{\left( {20} \right)}^2}} = 25\Omega \)
Công suất cực đại khi đó:
\({P_{{\rm{max}}}} = \frac{{{U^2}}}{{2{\rm{r}} + 2\sqrt {{r^2} + {{\left( {{Z_L} - {Z_C}} \right)}^2}} }} = \frac{{{{(40\sqrt 2 )}^2}}}{{2.15 + 2\sqrt {{{15}^2} + {{\left( {20} \right)}^2}} }} = 40{\rm{W}}\)
Mạch RLC mắc nối tiếp theo thứ tự gồm C, biến trở R và cuộn dây thuần cảm L. Đặt vào hai đầu mạch điện hiệu điện thế \({u_{AB}} = {U_0}{\rm{cos}}\left( {100\pi t - \frac{\pi }{3}} \right)(V)\). Thay đổi R ta thấy khi \(R = 200\Omega \) thì cường độ dòng điện nhanh pha hơn hiệu điện thế hai đầu mạch. \(P = {P_{{\rm{max}}}} = 100{\rm{W}}\) và \({U_{MB}} = 200V\) (M là điểm nằm giữa tụ điện và điện trở). Hệ thức đúng là:
Ta có:
\(R = 200\Omega \), Pmax=100W, UMB=200V
\({P_{max}} = \dfrac{{{U^2}}}{{2R}} \to U = \sqrt {{P_{max}}2R} = 200V\)
\(\dfrac{U}{{{U_{MB}}}} = 1 \to IZ = I{Z_{MB}} \leftrightarrow \sqrt 2 R = \sqrt {{R^2} + {Z_L}^2} \to {Z_L} = R = 200\Omega \)
Mặt khác: \(R = \left| {{Z_L} - {Z_C}} \right|\)
Do cường độ dòng điện nhanh pha hơn hiệu điện thế hai đầu mạch: ®ZC>ZL
\(R = {Z_C} - {Z_L} \to {Z_C} = R + {Z_L} = 2R = 400\Omega \)
\( \to {Z_C} = 2{{\rm{Z}}_L}\)
Cho đoạn mạch \(AB\) như hình \(H_1\) với \(L\) là cuộn cảm thuần, \(R\) là biến trở. Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều có biểu thức \(u =\) \(U\sqrt 2 cos2\pi ft\)(V), \(U\) không đổi nhưng \(f\) có thể thay đổi được. Hình \(H_2\) là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của công suất tiêu thụ điện của mạch theo \(R\) là đường \((1)\) khi \(f = f_1\) và là đường \((2)\) khi \(f = f_2\). Bỏ qua điện trở của dây nối. Giá trị của \(P_{max}\) gần nhất với giá trị nào sau đây ?
+ Đường (1) \(\underbrace {{P_{1\max }}}_{100({\rm{W}})} = \dfrac{{{U^2}}}{{2\underbrace {{R_1}}_{120(\Omega )}}} \to {U^2} = 24000({V^2}).\)
+ Đường (2): \({P_2} = {P_{1\max }} = 100({\rm{W}}) = \dfrac{{\overbrace {{U^2}}^{24000({V^2})}\overbrace {{R_2}}^{200(\Omega )}}}{{R_2^2 + {{({Z_{L2}} - {Z_{C2}})}^2}}} \to \left| {{Z_{L2}} - {Z_{C2}}} \right| = 40\sqrt 5 (\Omega ).\)
+ \({P_{{\rm{max}}}} = \dfrac{{{U^2}}}{{2\left| {{Z_{L2}} - {Z_{C2}}} \right|}} = 60\sqrt 5 ({\rm{W}}) \approx \)\(134,164({\rm{W}})\)
Đặt điện áp xoay chiều u = U0cos(ωt) vào hai đầu đoạn mạch gồm điện trở R có thể thay đổi, cuộn dây thuần cảm và tụ điện mắc nối tiếp. Gọi φ là độ lệch pha giữa điện áp hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện trong mạch. Khi thay đổi R, đồ thị của công suất tiêu thụ của đoạn mạch phụ thuộc vào φ như hình vẽ. Giá trị của φ1 bằng
Từ đồ thị ta thấy công suất cực đại của mạch điện là:
\({P_0} = \dfrac{{{U^2}}}{{2{R_0}}} = \dfrac{{{U^2}}}{{2\left| {{Z_L} - {Z_C}} \right|}}\)
Giả sử \({Z_L} > {Z_C} \Rightarrow {P_0} = \dfrac{{{U^2}}}{{2\left( {{Z_L} - {Z_C}} \right)}}\)
Khi độ lệch pha giữa điện áp hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện là φ, công suất tiêu thụ của mạch là:
\(\begin{array}{l}P = \dfrac{{{U^2}R}}{{{Z^2}}} = \dfrac{{{U^2}}}{{2\left( {{Z_L} - {Z_C}} \right)}}.\dfrac{{2\left( {{Z_L} - {Z_C}} \right)}}{Z}.\dfrac{R}{Z}\\ \Rightarrow P = {P_0}.2\sin \varphi .cos\varphi = {P_0}\sin 2\varphi \end{array}\)
Khi φ = φ1, công suất trong mạch là:
\({P_1} = {P_0}\sin \left( {2{\varphi _1}} \right) = \dfrac{2}{3}{P_0} \Rightarrow \sin \left( {2{\varphi _1}} \right) = \dfrac{2}{3} \Rightarrow \left[ \begin{array}{l}{\varphi _1} \approx 0,365\,\,\left( {rad} \right)\\{\varphi _1} \approx 1,205\,\,\left( {rad} \right)\end{array} \right.\)
Từ đồ thị, ta thấy có 2 giá trị φ1 và φ2 cho cùng công suất \(P = \dfrac{2}{3}{P_0}\) và φ1 > φ2
\( \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}{\varphi _1} = 1,205\,\,\left( {rad} \right)\\{\varphi _2} = 0,365\,\,\left( {rad} \right)\end{array} \right.\)
