Cho đoanh mạch xoay chiều như hình vẽ
Biết R = 30 , L = 2H ,C = 20, U = 220V; f = 50Hz
a) tính cảm khoáng của mạch
b) tính dung khoáng của mạch
c) tính tổng trở của mạch
d) tính dòng điện hiệu dụng I và viết biểu thức cường độ dòng điện đi qua mạch
Quảng cáo
2 câu trả lời 162
Với một mạch điện xoay chiều gồm điện trở (R), cuộn cảm (L), và tụ điện (C), ta sẽ thực hiện các bước sau để tính các đại lượng yêu cầu:
**Dữ liệu đã cho:**
- \( R = 30 \, \Omega \)
- \( L = 2 \, H \)
- \( C = 20 \, \mu F = 20 \times 10^{-6} \, F \)
- \( U = 220 \, V \)
- Tần số \( f = 50 \, Hz \)
**Tần số góc** \( \omega = 2\pi f = 2\pi \times 50 = 100\pi \, rad/s \)
### a) Tính cảm kháng của cuộn cảm \( X_L \)
Cảm kháng của cuộn cảm được tính theo công thức:
\[
X_L = \omega L = 100\pi \times 2 = 200\pi \approx 628.32 \, \Omega
\]
### b) Tính dung kháng của tụ điện \( X_C \)
Dung kháng của tụ điện được tính theo công thức:
\[
X_C = \frac{1}{\omega C} = \frac{1}{100\pi \times 20 \times 10^{-6}} = \frac{1}{0.0062832} \approx 159.15 \, \Omega
\]
### c) Tính tổng trở của mạch \( Z \)
Tổng trở của mạch xoay chiều RLC được tính theo công thức:
\[
Z = \sqrt{R^2 + (X_L - X_C)^2}
\]
Thay các giá trị đã tính:
\[
Z = \sqrt{30^2 + (628.32 - 159.15)^2} = \sqrt{900 + 469.17^2} = \sqrt{900 + 220127.63} \approx \sqrt{221027.63} \approx 470.16 \, \Omega
\]
### d) Tính dòng điện hiệu dụng \( I \) và viết biểu thức cường độ dòng điện \( i(t) \)
Dòng điện hiệu dụng \( I \) được tính theo định luật Ôm cho mạch xoay chiều:
\[
I = \frac{U}{Z} = \frac{220}{470.16} \approx 0.468 \, A
\]
Biểu thức cường độ dòng điện \( i(t) \) trong mạch xoay chiều có dạng:
\[
i(t) = I \cdot \sin(\omega t + \varphi)
\]
Với \( \varphi \) là góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện, được tính theo công thức:
\[
\varphi = \tan^{-1}\left(\frac{X_L - X_C}{R}\right) = \tan^{-1}\left(\frac{628.32 - 159.15}{30}\right) = \tan^{-1}(15.67) \approx 1.507 \, rad
\]
Như vậy, biểu thức cường độ dòng điện là:
\[
i(t) = 0.468 \cdot \sin(100\pi t - 1.507)
\]
Để giải bài toán mạch xoay chiều RLC nối tiếp, chúng ta cần tính lần lượt các đại lượng như cảm kháng, dung kháng, tổng trở, và cường độ dòng điện hiệu dụng. Dưới đây là cách giải chi tiết:
### Thông tin đã biết:
- \( R = 30 \, \Omega \) (Điện trở)
- \( L = 2 \, \text{H} \) (Độ tự cảm)
- \( C = 20 \, \Omega \) (Điện dung, nhưng phải đổi ra giá trị của tụ điện \( C \) từ kháng trở này)
- \( U = 220 \, \text{V} \) (Điện áp hiệu dụng)
- \( f = 50 \, \text{Hz} \) (Tần số)
### Các công thức cần dùng:
- Cảm kháng \( X_L = 2 \pi f L \)
- Dung kháng \( X_C = \dfrac{1}{2 \pi f C} \)
- Tổng trở của mạch \( Z = \sqrt{R^2 + (X_L - X_C)^2} \)
- Cường độ dòng điện hiệu dụng \( I = \dfrac{U}{Z} \)
---
### a) Tính cảm kháng của mạch:
Cảm kháng \( X_L \) được tính bằng công thức:
\[
X_L = 2 \pi f L
\]
Thay các giá trị đã biết vào:
\[
X_L = 2 \pi \times 50 \times 2 = 200 \pi \, \Omega
\]
\[
X_L \approx 628.32 \, \Omega
\]
### b) Tính dung kháng của mạch:
Để tính dung kháng, ta cần biết giá trị của tụ \( C \). Theo đề bài, \( C = 20 \Omega \) thực chất là \( X_C \) - giá trị dung kháng trực tiếp. Do đó ta có:
\[
X_C = 20 \, \Omega
\]
### c) Tính tổng trở của mạch:
Tổng trở của mạch \( Z \) được tính bằng:
\[
Z = \sqrt{R^2 + (X_L - X_C)^2}
\]
Thay các giá trị vào:
\[
Z = \sqrt{30^2 + (628.32 - 20)^2}
\]
\[
Z = \sqrt{900 + 370521.5024}
\]
\[
Z \approx \sqrt{371421.5024} \approx 609.45 \, \Omega
\]
### d) Tính dòng điện hiệu dụng \( I \) và viết biểu thức của cường độ dòng điện:
Dòng điện hiệu dụng \( I \) được tính bằng:
\[
I = \dfrac{U}{Z} = \dfrac{220}{609.45} \approx 0.361 \, \text{A}
\]
Để viết biểu thức cường độ dòng điện \( i(t) \), ta cần biết pha ban đầu, nhưng nếu không có thông tin về pha ban đầu, ta có thể viết biểu thức dạng chuẩn:
\[
i(t) = I_0 \cos (\omega t + \varphi)
\]
Với:
- \( I_0 = I \sqrt{2} = 0.361 \times \sqrt{2} \approx 0.51 \, \text{A} \)
- \( \omega = 2 \pi f = 2 \pi \times 50 = 100 \pi \, \text{rad/s} \)
- \( \varphi \) phụ thuộc vào độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện, nhưng ta chưa có thông tin cụ thể về nó.
Kết luận:
- Cảm kháng \( X_L \approx 628.32 \, \Omega \)
- Dung kháng \( X_C = 20 \, \Omega \)
- Tổng trở của mạch \( Z \approx 609.45 \, \Omega \)
- Dòng điện hiệu dụng \( I \approx 0.361 \, \text{A} \)
Quảng cáo
Bạn cần hỏi gì?
Câu hỏi hot cùng chủ đề
-
Đã trả lời bởi chuyên gia
150419 -
97575
-
Hỏi từ APP VIETJACK
Đã trả lời bởi chuyên gia
59053
