Công suất tiêu thụ điện của mạch điện xoay chiều. Hệ số công suất I. Công suất của mạch điện xoay chiều 1. Công suất của mạch điện xoay chiều  - Công suất \(P = UIcos\varphi \) là công suất tiêu thụ trên toàn mạch điện, còn công suất \(P{\rm{ }} = {\rm{ }}{I^2}R\) là công suất tỏa nhiệt khi mạch có điện trở R, một phần công suất của mạch bị hao phí dưới dạng công suất tỏa nhiệt còn phần lớn là công suất có ích, khi đó \(P = {P_{co{\rm{ }}ich}} + {P_{hao{\rm{ phi}}}} \leftrightarrow UIcos\varphi = {\rm{ }}{P_{co{\rm{ i}}ch}} + {\rm{ }}{I^2}R\) Mà \(I = \frac{P}{{Uc{\rm{os}}\varphi }} \to {P_{hao{\rm{ phi}}}} = {\left( {\frac{P}{{U\cos \varphi }}} \right)^2}R\) Từ công thức tính công suất hao phí trên cho thấy để làm giảm đi công suất hao phí thì người ta tìm cách nâng cao hệ số công suất. Và trong thực tế thì không sử dụng những thiết bị mà có hệ số công suất \(cos\varphi < {\rm{ }}0,85\) - Hiệu suất của mạch điện (thiết bị tiêu thụ điện) là \({\bf{H}} = \frac{{{P_{co{\rm{ i}}ch}}}}{P}.100\% \) 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: \(P = UI\cos \varphi \) 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: \(P = UI\cos \varphi ,\cos \varphi > 0\) Suy ra: \(I = \frac{P}{{U\cos \varphi }}\) 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: \(P = UI\cos \varphi = {I^2}R\) => Công suất tiêu thụ trong mạch điện có R,L,C mắc nối tiếp bằng công suất tỏa nhiệt trên R. III. Sơ đồ tư duy về công suất tiêu thụ của mạch điện xoay chiều. Hệ số công suất - Vật lí 12
Công suất điện tiêu thụ trong mạch điện xoay chiều là đại lượng vật lý đặc trưng cho tốc độ tiêu thụ điện năng (hay tốc độ sinh công) của mạch điện, còn hệ số công suất là chỉ số đặc trưng cho khả năng cung cấp điện năng cho mạch (hay khả năng sinh ra công hữu ích của một thiết bị).
Vậy làm sao để tính toán công suất tiêu thụ trong mạch điện xoay chiều, hệ số công suất có ý nghĩa gì, công thức và cách tính hệ số công suất như thế nào khi điện áp tức thời, dòng điện tức thời,… trong mạch xoay chiều biến thiên theo thời gian, chúng ta cùng tìm hiểu 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:
– Công suất tức thời trên đoạn mạch là: – Giá trị trung bình của công suất điện tiêu thụ trong một chu kỳ T:
⇒ Công thức tính công suất tiêu thụ trung bình của mạch điện xoay chiều trong một thời gian 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 năng lượng tiêu thụ, đơn vị J ⋅ P là công suất tiêu thụ, đơn vị W ⋅ t là thời gian, đơn vị 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: • Công thức tính Công suất cả đoạn mạch R, L, C: * Một vài ví dụ về hệ số công suất trong các mạch có R, L, C: 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 • Nếu hệ số công suất cosφ nhỏ thì công suất hao phí trên đường dây tải P(hao phí) sẽ lớn, vì vậy người ta phải tìm cách nâng cao hệ số công suất. • Với cùng điện áp U và dụng cụ dùng điện tiêu thụ một công suất P, tăng hệ số công suất cosφ sẽ giảm cường độ hiệu dụng I từ đó giảm hao phí vì tỏa nhiệt trên dây dẫn • Một trong các phương pháp để tăng cosφ để làm giảm hao phí điện là lắp tụ bù ở các cơ sở tiêu thụ điện. 3. Tính hệ số công suất của mạch R, L, C mắc nối tiếp • Ta có: • Công suất trung bình tiêu thụ trong mạch:
– Vậy công suất tiêu thụ trong mạch điện có R, L, C mắc nối tiếp bằng công suất tỏa nhiệt trên R. 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 kỳ: P = UIcosφ Trong đó φ là độ lệch pha giữa i và u. • Trường hợp mạch RLC nói tiếp: * 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, – Hơn nữa, hệ số công suất cosφ = R/Z, do đó P còn phụ thuộc vào đặc tính cấu tạo 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. ° Lời giải bài 2 trang 85 SGK Vật Lý 12: – Đáp án đúng: C. * 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. phụ thuộc R D. phụ thuộc ZC/ZL ° Lời giải bài 3 trang 85 SGK Vật Lý 12: – Đáp án đúng:B. bằng 1 – Vì mạch RLC mắc nối tiếp có ZL = ZC ⇒ mạch cộng hưởng nên: * 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 < f B. là một số > f C. là một số = f D. không tồn tại ° Lời giải bài 4 trang 85 SGK Vật Lý 12: – Đáp án đúng: A. là một số < f – Với tần số f, ta có:
– Khi cosφ = 1 thì mạch cộng hưởng nên ta có:
– Chia vế với vế của (*) và (**) ta được:
* 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 ? A. ° Lời giải bài 5 trang 85 SGK Vật Lý 12: – Đáp án đúng: A. – có: UNQ = UC = 60V
– Từ (*) và (**) ta có: ⇒ * 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=1KHz = 1000Hz ⇒ ω=2πf=2000π(rad/s) – Công suất tiêu thụ: – Hệ số công suất: 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. Đăng bởi: THPT Sóc Trăng Chuyên mục: Giáo Dục |
