Đặt điện áp xoay chiều \(u = 60\sqrt 2 \cos \left( {\omega t} \right)\left( V \right)\), (ω thay đổi được) vào hai đầu đoạn mạch gồm điện trở R, cuộn dây thuần cảm và tụ điện mắc nối tiếp. Hình bên là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện UC và điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn dây UL theo tần số góc. Giá trị của U1 là :
- Từ đồ thị ta thấy :
+ Có 2 giá trị của ω để UC bằng nhau là: \(\left[ \matrix{
{\omega _1} = 0 \hfill \cr
{\omega _2} = 80rad/s \hfill \cr} \right.\)
→ Giá trị ωC để UCmax là : \(\omega _C^2 = \displaystyle{1 \over 2}\left( {\omega _1^2 + \omega _2^2} \right) = \displaystyle{1 \over 2}\left( {{0^2} + {{80}^2}} \right) \Rightarrow {\omega _C} = 40\sqrt 2 \left( {rad/s} \right)\)
+ Có 2 giá trị của ω để UL bằng nhau là: \(\left[ \matrix{
{\omega _1} = 50rad/s \hfill \cr
{\omega _2} = \infty \hfill \cr} \right.\)
→ Giá trị ωL để ULmax là : \(\displaystyle{2 \over {\omega _L^2}} = {1 \over {\omega _1^2}} + {1 \over {\omega _2^2}} = {1 \over {{{50}^2}}} + {1 \over {{\infty ^2}}} \Rightarrow {\omega _L} = 50\sqrt 2 \left( {rad/s} \right)\)
- Mặt khác áp dụng công thức :
\({U_{L\max }} = {U_{C\max }} = \displaystyle{U \over {\sqrt {1 - {\displaystyle{\left( {{{{\omega _L}} \over {{\omega _C}}}} \right)}^2}} }} = {{60} \over {\sqrt {1 - {{\left( {\displaystyle{{50\sqrt 2 } \over {40\sqrt 2 }}} \right)}^{ - 2}}} }} = 100V\)
Đặt điện áp xoay chiều u = 220cos(2πft) V vào hai đầu đoạn mạch RLC nối tiếp có điện trở R = 110 Ω. Khi thay đổi tần số f để hệ số công suất trên đoạn mạch đạt cực đại thì khi đó công suất tiêu thụ của mạch là
Công suất trong mạch có giá trị cực đại là:
\({P_{\max }} = \dfrac{{{U^2}}}{R} = \dfrac{{{{\left( {110\sqrt 2 } \right)}^2}}}{{110}} = 220\,\,\left( {\rm{W}} \right)\)
Cho đoạn mạch RLC nối tiếp có giá trị các phần tử cố định. Đặt vào hai đầu đoạn này một điện áp xoay chiều có tần số thay đổi. Khi tần số góc của dòng điện bằng \({\omega _0}\) thì cảm kháng và dung kháng có giá trị \({Z_L} = 10\Omega \) và\({Z_C} = 90\Omega \). Để trong mạch xảy ra cộng hưởng, ta phải thay đổi tần số góc của dòng điện đến giá trị \(\omega \) bằng:
Ta có:
\(\begin{array}{l}\left\{ \begin{array}{l}\dfrac{1}{{{\omega _0}C}} = 90\Omega \\{\omega _0}L = 10\Omega \end{array} \right.\\ \to \dfrac{{{Z_L}}}{{{Z_C}}} = \omega _0^2LC = \dfrac{{10}}{{90}} = \dfrac{1}{9}\\ \to \omega _0^2 = \dfrac{1}{{9LC}}\end{array}\)
Khi mạch cộng hưởng: \({\omega ^2} = \dfrac{1}{{LC}} = 9\omega _0^2 \to \omega = 3{\omega _0}\)
Mạch RLC mắc nối tiếp, điện áp đặt vào hai đầu mạch có biểu thức \(u = 120cos\left( {\omega t + \dfrac{\pi }{3}} \right)V\), tần số góc \(\omega \) có thể thay đổi được. Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu điện trở có giá trị bao nhiêu khi dòng điện trong mạch có biểu thức \(i = {I_0}cos\left( {\omega t + \dfrac{\pi }{3}} \right)A\)
Ta có:
+ Điện áp: \(u = 120cos\left( {\omega t + \dfrac{\pi }{3}} \right)V\)
+ Cường độ dòng điện: \(i = {I_0}cos\left( {\omega t + \dfrac{\pi }{3}} \right)A\)
Nhận thấy pha của điện áp và cường độ dòng điện như nhau hay nói cách khác u, i cùng pha với nhau
=> mạch cộng hưởng
Khi đó \({u_R} = u\)
Điện áp hiệu dụng trên điện trở bằng điện áp hiệu dụng của mạch: \({U_R} = U = \dfrac{{120}}{{\sqrt 2 }} = 60\sqrt 2 V\)
Mạch điện \({R_1}{L_1}{C_1}\) có tần số cộng hưởng \({f_1}\) và mạch \({R_2}{L_2}{C_2}\) có tần số cộng hưởng \({f _2}\) , biết \({f _1} = {f _2}\). Mắc nối tiếp hai mạch đó với nhau thì tần số cộng hưởng của mạch sẽ là \(f \). \(f\) liên hệ với \({f_1}\) và \({f_2}\) theo công thức nào? Chọn đáp án đúng:
Gọi \(\omega_1;\omega_2\) lần lượt là tần số góc trong 2 trường hợp trên
Ta có:
\(\begin{array}{l}\omega _1^2 = \dfrac{1}{{{L_1}{C_1}}};\omega _2^2 = \dfrac{1}{{{L_2}{C_2}}}\\{\omega _1} = {\omega _2} \to {L_1}{C_1} = {L_2}{C_2} \to \dfrac{{{L_2}}}{{{L_1}}} = \dfrac{{{C_1}}}{{{C_2}}}\\ \to {\omega ^2} = \dfrac{1}{{({L_1} + {L_2})\dfrac{{{C_1}C{}_2}}{{{C_1} + {C_2}}}}} = \dfrac{1}{{\left( {1 + \dfrac{{{L_2}}}{{{L_1}}}} \right)\dfrac{{{L_1}{C_1}}}{{\dfrac{{{C_1}}}{{{C_2}}} + 1}}}} = \dfrac{1}{{{L_1}{C_1}}} = \omega _1^2\\ \to \omega = {\omega _1}\\ \to f = {f_1}\end{array}\)
Cho mạch điện gồm R, L, C mắc nối tiếp. Cho \(L = \dfrac{1}{{2\pi }}H,{\rm{ }}C = 25\mu F\)và \(R = 40\Omega \). Đặt vào hai đầu mạch điện một điện ápxoay chiều \(u = 120cos(2\pi ft)\left( V \right)\), trong đó tần số f thay đổi được. Khi \(f{\rm{ }} = {\rm{ }}{f_o}\) thì công suất trong mạch đạt giá trị cực đại \({P_{max}}\) . Khi đó:
Ta có: \(f\) thay đổi để công suất trong mạch đạt giá trị cực đại khi đó: \({Z_L} = {Z_C}\) và \({P_{ma{\rm{x}}}} = \dfrac{{{U^2}}}{R}\)
\( \to {P_{ma{\rm{x}}}} = \dfrac{{{{\left( {\dfrac{{120}}{{\sqrt 2 }}} \right)}^2}}}{{40}} = 180{\rm{W}}\)
Đặt điện áp \(u{\rm{ }} = {\rm{ }}U\sqrt 2 cos\left( {2\pi ft} \right)\) vào hai đầu đoạn mạch gồm điện trở thuần R, cuộn cảm thuần L và tụ điện C mắc nối tiếp. Biết \(U,{\rm{ }}R,{\rm{ }}L,{\rm{ }}C\) không đổi, \(f\) thay đổi được. Khi tần số là \(50{\rm{ }}\left( {Hz} \right)\) thì dung kháng gấp \(6,25\) lần cảm kháng. Để công suất tiêu thụ trên mạch cực đại thì phải điều chỉnh tần số đến giá trị bao nhiêu?
\({f_1} = 50Hz \to {\omega _1} = 100\pi \left( {rad/s} \right)\)
Theo đầu bài, ta có:
\(\begin{array}{l}{Z_{{C_1}}} = 6,25{Z_{{L_1}}} \leftrightarrow \dfrac{1}{{{\omega _1}C}} = 6,25{\omega _1}L\\ \to {\omega _1}^2 = \dfrac{1}{{6,25LC}}{\rm{ (1)}}\end{array}\)
+ Để công suất trong mạch đạt giá trị cực đại <=>\({Z_L} = {Z_C}\) hay \({\omega _0} = \dfrac{1}{{\sqrt {LC} }}\) (2)
Từ (1) và (2), ta suy ra:
\(\begin{array}{l}{\omega _0} = \sqrt {6,25} {\omega _1}\\ \to {f_0} = \sqrt {6,25} {f_1} = 2,5.50 = 125(H{\rm{z}})\end{array}\)
Đặt điện \(u{\rm{ }} = {\rm{ }}U\sqrt 2 cos\left( {2\pi ft} \right)\)(U không đổi, tần số \(f\) thay đổi được) vào hai đầu đoạn mạch mắc nối tiếp gồm điện trở thuần \(R\), cuộn cảm thuần có độ tự cảm \(L\) và tụ điện có điện dung \(C\). Khi tần số là \({f_1}\) thì cảm kháng và dung kháng của đoạn mạch có giá trị lần lượt là \(48\Omega \) và \(60\Omega \). Khi tần số là \({f_2}\) thì hệ số công suất của đoạn mạch bằng \(1\). Hệ thức liên hệ giữa \({f_1}\) và \({f_2}\) là:
Ta có:
+ Khi \(f = {f_1}\): \(\left\{ \begin{array}{l}{Z_{{L_1}}} = 48\Omega = {\omega _1}L = 2\pi {f_1}.L\\{Z_{{C_1}}} = 60\Omega = \dfrac{1}{{{\omega _1}C}} = \dfrac{1}{{2\pi {f_1}C}}\end{array} \right.\)
Ta suy ra:
\(\begin{array}{l}\dfrac{{{Z_{{L_1}}}}}{{{Z_{{C_1}}}}} = \dfrac{{48}}{{60}} = \dfrac{4}{5} = \omega _1^2LC\\ \to \omega _1^2 = \dfrac{4}{{5LC}}\end{array}\)
+ Khi \(f = {f_2}\), hệ số công suất \(cos\varphi = 1 \to \) mạch cộng hưởng
\(\begin{array}{l} \to {Z_{{L_2}}} = {Z_{{C_2}}} \leftrightarrow {\omega _2}L = \dfrac{1}{{{\omega _2}C}}\\ \to \omega _2^2 = \dfrac{1}{{LC}}\end{array}\)
Từ đó, ta suy ra: \(\dfrac{{\omega _1^2}}{{\omega _2^2}} = \dfrac{4}{5} \to {\omega _2} = \dfrac{{\sqrt 5 }}{2}{\omega _1} \to {f_2} = \dfrac{{\sqrt 5 }}{2}{f_1}\)
Đặt điện áp xoay chiều \(u{\rm{ }} = {\rm{ }}{U_0}cos\omega t\)có \({U_0}\) không đổi và tần số góc \(\omega \) thay đổi được vào hai đầu đoạn mạch có \(R,{\rm{ }}L,{\rm{ }}C\) mắc nối tiếp. Thay đổi \(\omega \) thì tổng trở của mạch khi \(\omega = {\omega _1}\) bằng tổng trở của mạch khi \(\omega = {\omega _2}\). Hệ thức đúng là:
Theo đầu bài, ta có:
\(\begin{array}{l}{Z_1} = {Z_2} \leftrightarrow Z_1^2 = Z_2^2\\ \leftrightarrow {R^2} + {\left( {{Z_{{L_1}}} - {Z_{{C_1}}}} \right)^2} = {R^2} + {\left( {{Z_{{L_2}}} - {Z_{{C_2}}}} \right)^2}\\ \to \left| {{Z_{{L_1}}} - {Z_{{C_1}}}} \right| = \left| {{Z_{{L_2}}} - {Z_{{C_2}}}} \right|\\ \to \left[ \begin{array}{l}{Z_{{L_1}}} + {Z_{{L_2}}} = {Z_{{C_1}}} + {Z_{{C_2}}}\\{Z_{{L_1}}} - {Z_{{C_1}}} = {Z_{{L_2}}} - {Z_{{C_2}}}(L)\end{array} \right.\end{array}\)
Ta suy ra:
\(\begin{array}{l}{Z_{{L_1}}} + {Z_{{L_2}}} = {Z_{{C_1}}} + {Z_{{C_2}}}\\ \leftrightarrow {\omega _1}L + {\omega _2}L = \dfrac{1}{{{\omega _1}C}} + \dfrac{1}{{{\omega _2}C}}\\ \leftrightarrow \left( {{\omega _1} + {\omega _2}} \right)L = \left( {\dfrac{1}{{{\omega _1}}} + \dfrac{1}{{{\omega _2}}}} \right)\dfrac{1}{C}\\ \leftrightarrow \left( {{\omega _1} + {\omega _2}} \right)L = \left( {\dfrac{{{\omega _1} + {\omega _2}}}{{{\omega _1}{\omega _2}}}} \right)\dfrac{1}{C}\\ \to {\omega _1}{\omega _2} = \dfrac{1}{{LC}}\end{array}\)
Đoạn mạch xoay chiều RLC, cuộn dây thuần cảm, biết \(L = C{R^2}\). Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều ổn định, với tần số góc \(\omega \) thay đổi, trong mạch có cùng hệ số công suất với hai tần số là \({\omega _1} = 60\pi (rad/s)\)và \({\omega _2} = 180\pi (rad/s)\). Hệ số công suất của mạch là:
Ta có, hệ số công suất \(cos\varphi = \dfrac{R}{Z}\)
Theo đề bài
\(\begin{array}{l}cos{\varphi _1} = cos{\varphi _2} \leftrightarrow \dfrac{R}{{{Z_1}}} = \dfrac{R}{{{Z_2}}}\\ \to {Z_1} = {Z_2}\end{array}\)
\(\begin{array}{l}{Z_1} = {Z_2} \leftrightarrow Z_1^2 = Z_2^2\\ \leftrightarrow {R^2} + {\left( {{Z_{{L_1}}} - {Z_{{C_1}}}} \right)^2} = {R^2} + {\left( {{Z_{{L_2}}} - {Z_{{C_2}}}} \right)^2}\\ \to \left| {{Z_{{L_1}}} - {Z_{{C_1}}}} \right| = \left| {{Z_{{L_2}}} - {Z_{{C_2}}}} \right|\\ \to \left[ \begin{array}{l}{Z_{{L_1}}} + {Z_{{L_2}}} = {Z_{{C_1}}} + {Z_{{C_2}}}\\{Z_{{L_1}}} - {Z_{{C_1}}} = {Z_{{L_2}}} - {Z_{{C_2}}}(L)\end{array} \right.\end{array}\)
\(\begin{array}{l}{Z_{{L_1}}} + {Z_{{L_2}}} = {Z_{{C_1}}} + {Z_{{C_2}}}\\ \leftrightarrow {\omega _1}L + {\omega _2}L = \dfrac{1}{{{\omega _1}C}} + \dfrac{1}{{{\omega _2}C}}\\ \leftrightarrow \left( {{\omega _1} + {\omega _2}} \right)L = \left( {\dfrac{1}{{{\omega _1}}} + \dfrac{1}{{{\omega _2}}}} \right)\dfrac{1}{C}\\ \leftrightarrow \left( {{\omega _1} + {\omega _2}} \right)L = \left( {\dfrac{{{\omega _1} + {\omega _2}}}{{{\omega _1}{\omega _2}}}} \right)\dfrac{1}{C}\\ \to {\omega _1}{\omega _2} = \dfrac{1}{{LC}}\\ \to {\omega _2}L = \dfrac{1}{{{\omega _1}C}}\\ \to {Z_{{L_2}}} = {Z_{{C_1}}}\end{array}\)
Thay vào biểu thức tính hệ số công suất, ta được:
\(\begin{array}{l}cos{\varphi _1} = \dfrac{R}{{\sqrt {{R^2} + {{\left( {{Z_{{L_1}}} - {Z_{{C_1}}}} \right)}^2}} }} = \dfrac{R}{{\sqrt {{R^2} + {{\left( {{Z_{{L_1}}} - {Z_{{L_2}}}} \right)}^2}} }}\\ = \dfrac{R}{{\sqrt {{R^2} + {L^2}{{\left( {{\omega _1} - {\omega _2}} \right)}^2}} }}\end{array}\)
Lại có \(L = C{R^2} \to {R^2} = \dfrac{L}{C}\) , thay vào biểu thức trên, ta được:
\(\begin{array}{l}cos{\varphi _1} = \dfrac{{\sqrt {\dfrac{L}{C}} }}{{\sqrt {\dfrac{L}{C} + {L^2}{{\left( {{\omega _1} - {\omega _2}} \right)}^2}} }} = \sqrt {\dfrac{1}{{1 + LC{{\left( {{\omega _1} - {\omega _2}} \right)}^2}}}} \\ = \dfrac{1}{{\sqrt {1 + \dfrac{1}{{{\omega _1}{\omega _2}}}{{\left( {{\omega _1} - {\omega _2}} \right)}^2}} }} = \dfrac{1}{{\sqrt {1 + \dfrac{{{{\left( {60\pi - 180\pi } \right)}^2}}}{{60\pi .180\pi }}} }} = \sqrt {\dfrac{3}{7}} \end{array}\)
Đoạn mạch xoay chiều RLC nối tiếp, cuộn dây thuần cảm với \(C{R^2} < {\rm{ }}2L\); điện áp hai đầu đoạn mạch là \(u{\rm{ }} = {\rm{ }}U\sqrt 2 cos\omega t\), U ổn định và \(\omega \) thay đổi . Khi \(\omega {\rm{ }} = {\rm{ }}{\omega _C}\) thì điện áp hai đầu tụ C cực đại và điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn dây \({U_L} = \dfrac{{{U_R}}}{5}\). Hệ số công suất tiêu thụ của cả đoạn mạch là:
Theo đầu bài, ta có: \(C{R^2} < 2L \leftrightarrow {R^2} < 2\dfrac{L}{C} \to {R^2} < 2{Z_L}{Z_C}\) hay \(\dfrac{{{Z_L}}}{R}\dfrac{{{Z_C}}}{R} > \dfrac{1}{2}\)
Khi \(\omega \) thay đổi, để điện áp hai đầu tụ C cực đại thì ta có:
\(\left| {\tan \varphi .\tan {\varphi _{RL}}} \right| = \dfrac{1}{2}\)
Lại có: \(\tan {\varphi _{RL}} = \dfrac{{{Z_L}}}{R} = \dfrac{{{U_L}}}{{{U_R}}} = \dfrac{1}{5}\)
\(\begin{array}{l} \to \left| {\tan \varphi .\dfrac{{{Z_L}}}{R}} \right| = \dfrac{1}{2} \leftrightarrow \tan \varphi .\dfrac{1}{5} = \dfrac{1}{2}\\ \to \tan \varphi = \dfrac{5}{2}\\ \leftrightarrow \dfrac{{\sin \varphi }}{{cos\varphi }} = \dfrac{5}{2} \leftrightarrow \dfrac{{\sqrt {1 - co{s^2}\varphi } }}{{cos\varphi }} = \dfrac{5}{2}\\ \to co{s^2}\varphi = \dfrac{4}{{29}}\\ \to c{\rm{os}}\varphi = \dfrac{2}{{\sqrt {29} }}\end{array}\)
Đoạn mạch xoay chiều RLC nối tiếp , cuộn dây thuần cảm với \(C{R^2} < 2L\); điện áp hai đầu đoạn mạch là \(u = U\sqrt 2 cos\omega t\), U ổn định và \(\omega \) thay đổi . Khi \(\omega = {\omega _L}\) thì điện áp hai cuộn cảm L cực đại và \({U_{Lmax}} = \dfrac{{26U}}{{24}}\). Hệ số công suất tiêu thụ của cả đoạn mạch là :
Ta có: \({U_{{L_{max}}}} = I.{Z_L} = \dfrac{U}{Z}.{Z_L}\)
Theo đầu bài, ta có: \({U_{Lmax}} = \dfrac{{26}}{{24}}U\)
Ta có thể giả sử: \(Z = 24\Omega ;{Z_L} = 26\Omega \)
Khi đó:
\(\begin{array}{l}Z_L^2 = {Z^2} + Z_C^2\\ \Rightarrow {Z_C} = \sqrt {Z_L^2 - {Z^2}} = \sqrt {{{26}^2} - {{24}^2}} = 10\Omega \end{array}\)
Lại có:
\(\begin{array}{l}\dfrac{{{R^2}}}{2} = {Z_C}\left( {{Z_L} - {Z_C}} \right)\\ \Rightarrow R = \sqrt {2{Z_C}\left( {{Z_L} - {Z_C}} \right)} = \sqrt {2.10\left( {26 - 10} \right)} = 8\sqrt 5 \Omega \end{array}\)
Hệ số công suất của mạch khi đó: \(cos\varphi = \dfrac{R}{Z} = \dfrac{{8\sqrt 5 }}{{24}} = \dfrac{{\sqrt 5 }}{3}\)
Đoạn mạch xoay chiều AB có RLC nối tiếp , cuộn dây thuần cảm với \(C{R^2} < {\rm{ }}2L\); điện áp hai đầu đoạn mạch là \({u_{AB}} = U\sqrt 2 cos\left( {\omega t} \right)V\), \(U\) ổn định và \(\omega \) thay đổi được. Khi \(\omega = {\omega _L}\) thì điện áp hai đầu cuộn cảm thuần cực đại, khi đó điện áp tức hai đầu đoạn mạch AN ( gồm RC ) và AB lệch pha nhau là \(\alpha \). Giá trị nhỏ nhất của \(\alpha \) là:
Ta có:
\(\tan \alpha = \tan \left( {{\varphi _{RC}} - {\varphi _{RLC}}} \right) = \dfrac{{\tan {\varphi _{RC}} - \tan {\varphi _{RLC}}}}{{1 + \tan {\varphi _{RC}}\tan {\varphi _{RLC}}}}\)
Đặt: \(\left\{ \begin{array}{l}\tan {\varphi _{RC}} = x\\\tan {\varphi _{RLC}} = y\end{array} \right.\)
\( \Rightarrow \tan \alpha = \dfrac{{x - y}}{{1 + xy}}\) (1)
Mặt khác, ta có khi \(\omega \) thay đổi để \({U_{{L_{max}}}}\) thì \(\tan {\varphi _{RC}}\tan \varphi = - \dfrac{1}{2}\) hay \(xy = - \dfrac{1}{2}\)
Thay vào (1) ta được: \(\tan \alpha = \dfrac{{x + \dfrac{1}{{2x}}}}{{1 + \left( { - \dfrac{1}{2}} \right)}} = 2x + \dfrac{1}{x}\)
Lại có \(2x + \dfrac{1}{x} \ge 2\sqrt {2x.\dfrac{1}{x}} = 2\sqrt 2 \)
\(\begin{array}{l} \Rightarrow \tan \alpha \ge 2\sqrt 2 \\ \Rightarrow \alpha \ge 70,{53^0}\end{array}\)
Đặt điện áp xoay chiều \(u = {U_0}cos\left( {\omega t + \varphi } \right)V\) (\({U_0}\) không đổi và \(\omega \) thay đổi được) vào hai đầu đoạn mạch gồm điện trở thuần R, cuộn cảm thuần có độ tự cảm L và tụ điện có điện dung C mắc nối tiếp,với \(C{R^2} < {\rm{ }}2L\). Khi \(\omega = {\omega _1}\) hoặc \(\omega = {\omega _2}\) thì công suất trong hai trường hợp có cùng một giá trị. Khi \(\omega = {\omega _0}\) thì công suất trong mạch có giá trị cực đại. Hệ thức liên hệ giữa \({\omega _1},{\omega _2}\) và \({\omega _0}\) là :
Ta có:
\(\begin{array}{l}{P_1} = {P_2} \Leftrightarrow I_1^2R = I_2^2R \Leftrightarrow I_1^2 = I_2^2\\ \to \dfrac{{{U^2}}}{{{R^2} + {{({Z_{L1}} - {Z_{C1}})}^2}}} = \dfrac{{{U^2}}}{{{R^2} + {{({Z_{L2}} - {Z_{C2}})}^2}}}\\ \to {({Z_{L1}} - {Z_{C1}})^2} = {({Z_{L2}} - {Z_{C2}})^2} \to \left( \begin{array}{l}{Z_{L1}} - {Z_{C1}} = {Z_{L2}} - {Z_{C2}}(loai)\\{Z_{L1}} - {Z_{C1}} = - ({Z_{L2}} - {Z_{C2}})\end{array} \right.\\ \to {Z_{L1}} + {Z_{L2}} = {Z_{C1}} + {Z_{C2}}) \to L({\omega _1} + {\omega _2}) = \dfrac{1}{C}(\dfrac{1}{{{\omega _1}}} + \dfrac{1}{{{\omega _2}}}) = \dfrac{1}{C}\dfrac{{{\omega _1} + {\omega _2}}}{{{\omega _1}{\omega _2}}}\\ \to {\omega _1}{\omega _2} = \dfrac{1}{{LC}} = \omega _0^2\end{array}\)
Cho mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp. Điện áp xoay chiều đặt vào hai đầu đoạn mạch có biểu thức \(u = {U_0}cos\omega t\left( V \right)\) tần số góc \(\omega \) biến đổi. Khi \(\omega = {\omega _1} = 250\pi \left( {rad/s} \right)\) và khi \(\omega = {\omega _2} = 90\pi\left( {rad/s} \right)\) thì cường độ dòng điện hiệu dụng qua mạch điện có giá trị bằng nhau. Để cường độ dòng điện trong mạch đạt giá trị lớn nhất thì tần số góc \(\omega \) bằng:
\(\begin{array}{l}I_1^2 = I_2^2\\ \to \dfrac{{{U^2}}}{{{R^2} + {{({Z_{L1}} - {Z_{C1}})}^2}}} = \dfrac{{{U^2}}}{{{R^2} + {{({Z_{L2}} - {Z_{C2}})}^2}}}\\ \to {({Z_{L1}} - {Z_{C1}})^2} = {({Z_{L2}} - {Z_{C2}})^2} \to \left[ \begin{array}{l}{Z_{L1}} - {Z_{C1}} = {Z_{L2}} - {Z_{C2}}(loai)\\{Z_{L1}} - {Z_{C1}} = - ({Z_{L2}} - {Z_{C2}})\end{array} \right.\\ \to {Z_{L1}} + {Z_{L2}} = {Z_{C1}} + {Z_{C2}}) \to L({\omega _1} + {\omega _2}) = \dfrac{1}{C}(\dfrac{1}{{{\omega _1}}} + \dfrac{1}{{{\omega _2}}}) = \dfrac{1}{C}\dfrac{{{\omega _1} + {\omega _2}}}{{{\omega _1}{\omega _2}}}\\ \to {\omega _1}{\omega _2} = \dfrac{1}{{LC}} = \omega _0^2\end{array}\)
Với \({\omega _0}\): tần số góc của vật khi mạch cộng hưởng (hay có cường độ dòng điện cực đại)
\( \Rightarrow {\omega _0} = \sqrt {{\omega _1}{\omega _2}} = \sqrt {250\pi .90\pi } = 150\pi \left( {rad/s} \right)\)
Một cuộn dây không thuần cảm nối tiếp với tụ điện C thay đổi được trong mạch điện xoay chiều có điện áp \(u = {U_0}cos\omega t\left( V \right)\). Ban đầu dung kháng \({Z_C}\) , tổng trở cuộn dây \({Z_d}\) và tổng trở \(Z\) toàn mạch bằng nhau và đều bằng \(80\Omega \). Tăng điện dung thêm một lượng \(\Delta C = \dfrac{1}{{8\pi }}\left( {mF} \right)\) thì tần số góc dao động riêng của mạch này khi đó là \(100\pi \). Tần số \(\omega \) của nguồn điện xoay chiều bằng:
Ta có:
\(Z = {Z_C} = {Z_{L{\rm{r}}}} = 80\Omega \)
Ta có:
\(\begin{array}{l}\left\{ \begin{array}{l}{Z^2} = {r^2} + {\left( {{Z_L} - {Z_C}} \right)^2}\\{r^2} + Z_L^2 = Z_{Lr}^2\end{array} \right.\\ \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}{80^2} = {r^2} + {\left( {{Z_L} - 80} \right)^2}\\{r^2} + Z_L^2 = {80^2}\end{array} \right.\\ \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}{Z_L} = 40\Omega \\r = 40\sqrt 3 \Omega \end{array} \right.\end{array}\)
\( \to {Z_C} = 2{Z_L} \to \dfrac{1}{{\omega C}} = 2\omega L \to \dfrac{1}{{LC}} = 2{\omega ^2}\) (1)
Ta có, khi tăng điện dung thêm một lượng \(\Delta C = \dfrac{1}{{8\pi }}\left( {mF} \right)\)
\(\omega _0^2 = \dfrac{1}{{L(C + \Delta C)}}\) (2)
Từ (1) và (2) \( \to \dfrac{{{\omega ^2}}}{{\omega _0^2}} = \dfrac{{C + \Delta C}}{{2C}} \to \dfrac{{2{\omega ^2}}}{{\omega _0^2}} = 1 + \omega {Z_C}\Delta C\)
Thay số liệu vào rút ra được phương trình sau:
\(\begin{array}{l}2{\omega ^2} = \omega _0^2 + \omega _0^2.{Z_C}\Delta C.\omega \\ \Leftrightarrow 2{\omega ^2} - {\left( {100\pi } \right)^2}.80.\left( {\dfrac{1}{{8\pi }}{{.10}^{ - 3}}} \right)\omega - {\left( {100\pi } \right)^2} = 0\\ \Leftrightarrow 2{\omega ^2} - 100\pi \omega - {\left( {100\pi } \right)^2} = 0\\ \Leftrightarrow {\omega ^2} - 50\pi \omega - 5000{\pi ^2} = 0\\ \Rightarrow \left[ \begin{array}{l}\omega = 100\pi \left( {rad/s} \right)\\\omega = - 50\pi \left( {rad/s} \right)\left( {loại} \right)\end{array} \right.\end{array}\)
Cho mạch điện xoay chiều gồm một điện trở thuần, cuộn cảm thuần và tụ điện mắc nối tiếp theo thứ tự trên. Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng không đổi có tần số góc \(\omega \) thay đổi được. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc vào tần số góc \(\omega \) của điện áp hiệu dụng giữa hai bản tụ và hai đầu cuộn cảm lần lượt là \({U_C},{U_L}\) như hình vẽ dưới. Khi \(\omega = {\omega _1}\) thì điện áp hiệu dụng giữa hai bản tụ \({U_C}\) cực đại là \({U_m}\). Giá trị của \({U_m}\) là:
\(\omega = {\omega _1}\) - thì hiệu điện thế hiệu dụng trên hai đầu tụ điện cực đại \({U_{{C_{max}}}}\)
+ Từ đồ thị, ta có:
\(\omega = \omega ' = 0\) và \(\omega = {\omega _0} = 660\left( {rad/s} \right)\) đều cho \({U_C}\) như nhau
(Áp dụng bài toán \(\omega \) biến thiên có hai giá trị của \(\omega \) cho cùng hiệu điện thế \({U_C}\))
Khi đó ta có:
\(\omega _1^2 + \omega _2^2 = 2\omega _C^2 \Leftrightarrow \omega {'^2} + \omega _0^2 = 2\omega _1^2\)
\( \Rightarrow {\omega _1} = \dfrac{{{\omega _0}}}{{\sqrt 2 }}\) (1)
+ Tại vị trí \(\omega = 0\), \({U_C} = U = 150V\)
+ Tại vị trí: \(\omega = {\omega _0} = 660\left( {rad/s} \right)\), ta có \({U_C} = {U_L} = {U_R} = U\)
Nên ta suy ra: \({Z_{0C}} = {Z_{0L}} = R\) (2)
+ Tại vị trí: \(\omega = {\omega _1}\)
\(\begin{array}{l}{U_C} = {U_{{C_{max}}}} = \dfrac{{U{Z_C}}}{Z} = \dfrac{{U{Z_C}}}{{\sqrt {{R^2} + {{\left( {{Z_L} - {Z_C}} \right)}^2}} }}\\ = \dfrac{{U\sqrt 2 {Z_{0C}}}}{{\sqrt {{R^2} + {{\left( {\dfrac{1}{{\sqrt 2 }}{Z_{0L}} - \sqrt 2 {Z_{0C}}} \right)}^2}} }} = \dfrac{{U\sqrt 2 R}}{{\sqrt {{R^2} + {{\left( {\dfrac{1}{{\sqrt 2 }}R - \sqrt 2 R} \right)}^2}} }}\\ = \dfrac{{U\sqrt 2 }}{{\sqrt {1 + \dfrac{1}{2}} }} = \dfrac{{U2\sqrt 3 }}{3}\end{array}\)
Lại có \(U = 150V\)
\( \Rightarrow {U_m} = {U_{{C_{max}}}} = \dfrac{{150.2\sqrt 3 }}{3} = 100\sqrt 3 V\)
Cho đoạn mạch RLC nối tiếp có giá trị các phần tử cố định. Đặt vào hai đầu đoạn này một điện áp xoay chiều có tần số thay đổi. Khi tần số góc của dòng điện bằng \({\omega _0}\) thì cảm kháng và dung kháng có giá trị \({Z_L} = {\rm{ }}100\Omega \) và \({Z_C} = 25\Omega \). Để trong mạch xảy ra cộng hưởng, ta phải thay đổi tần số góc của dòng điện đến giá trị \(\omega \) bằng:
\(\left\{ \begin{array}{l}\dfrac{1}{{{\omega _0}C}} = 25\Omega \\{\omega _0}L = 100\Omega \end{array} \right. \to \dfrac{{{Z_L}}}{{{Z_C}}} = \omega _0^2LC = 4 \to \omega _0^2 = \dfrac{4}{{LC}}\)
Khi mạch cộng hưởng: \({\omega ^2} = \dfrac{1}{{LC}} = \dfrac{{\omega _0^2}}{4} \to \omega = \dfrac{{{\omega _0}}}{2}\)
Mạch điện R,L,C nối tiếp, điện áp hai đầu mạch \(u{\rm{ }} = {\rm{ }}220\sqrt 2 cos\omega t\left( V \right)\) và \(\omega \) có thể thay đổi được. Tính điện áp hiệu dụng 2 đầu R khi biểu thức dòng điện có dạng \(i{\rm{ }} = {I_0}cos\omega t\):
$u, i$ cùng pha => suy ra mạch cộng hưởng.
Khi đó: \(u = {\rm{ }}{u_R}{\rm{ }} = > {\rm{ }}{U_R} = {\rm{ }}U{\rm{ }} = {\rm{ }}220{\rm{ }}V\)
Mạch điện R1L1C1 có tần số cộng hưởng \({\omega _1}\) và mạch R2L2C2 có tần số cộng hưởng \({\omega _2}\) , biết \({\omega _1} = {\omega _2}\) . Mắc nối tiếp hai mạch đó với nhau thì tần số cộng hưởng của mạch sẽ là \(\omega \). \(\omega \) liên hệ với \({\omega _1}\) và \({\omega _2}\)theo công thức nào? Chọn đáp án đúng:
Ta có:
\(\begin{array}{l}\omega _1^2 = \dfrac{1}{{{L_1}{C_1}}};\omega _2^2 = \dfrac{1}{{{L_2}{C_2}}}\\{\omega _1} = {\omega _2} \to {L_1}{C_1} = {L_2}{C_2} \to \dfrac{{{L_2}}}{{{L_1}}} = \dfrac{{{C_1}}}{{{C_2}}}\\ \to {\omega ^2} = \dfrac{1}{{({L_1} + {L_2})\dfrac{{{C_1}C{}_2}}{{{C_1} + {C_2}}}}} = \dfrac{1}{{\left( {1 + \dfrac{{{L_2}}}{{{L_1}}}} \right)\dfrac{{{L_1}{C_1}}}{{\dfrac{{{C_1}}}{{{C_2}}} + 1}}}} = \dfrac{1}{{{L_1}{C_1}}} = \omega _1^2\\ \to \omega = {\omega _1}\end{array}\)