Môn Lý - Lớp 12
50 bài tập Công suất tiêu thụ của mạch điện xoay chiều. Hệ số công suất mức độ vận dụng (Phần 2)
Câu hỏi
Đoạn mạch AB được mắc nối tiếp theo thứ tự: cuộn dây với hệ số tự cảm \(L = \dfrac{2}{{5\pi }}\,\,H\), biến trở R và tụ điện có điện dung \(C = \dfrac{{{{10}^{ - 2}}}}{{25\pi }}\,\,F\). Điểm M là điểm nối giữa R và C. Nếu mắc vào hai đầu A, M một ắc quy có suất điện động 12 V và điện trở trong \(4\,\,\Omega \), điều chỉnh R = R1 thì dòng điện có cường độ 0,1875 A. Mắc vào A, B một hiệu điện thế \(u = 120\sqrt 2 \cos \left( {100\pi t} \right)\,\,\left( V \right)\) rồi điều chỉnh R = R2 thì công suất tiêu thụ trên biến trở đạt giá trị cực đại bằng 160 W. Tỉ số \(\dfrac{{{R_1}}}{{{R_2}}}\) là
- A 0,125
- B 1,6
- C 0
- D 0,25
Phương pháp giải:
Định luật Ôm cho dòng điện một chiều: \(I = \dfrac{E}{{r + {R_{ng}}}}\)
Công suất tiêu thụ trên biến trở đạt cực đại:
\({P_{R\max }} = \dfrac{{{U^2}}}{{2\left( {R + {r_d}} \right)}} \Leftrightarrow {R^2} = {r_d}^2 + {\left( {{Z_L} - {Z_C}} \right)^2}\)
Lời giải chi tiết:
Khi mắc vào hai đầu A, M dòng điện một chiều, ta có cường độ dòng điện:
\(\begin{gathered}
I = \frac{E}{{r + {R_1} + {r_d}}} \hfill \\
\Rightarrow 0,1875 = \frac{{12}}{{4 + {R_1} + {r_d}}} \hfill \\
\Rightarrow {R_1} + {r_d} = 60\,\,\left( \Omega \right) \hfill \\
\end{gathered} \)
Mắc vào A, B một hiệu điện thế xoay chiều, cảm kháng của cuộn dây và dung kháng của tụ điện là:
\(\begin{array}{l}{Z_L} = \omega L = 100\pi .\dfrac{2}{{5\pi }} = 40\,\,\left( \Omega \right)\\{Z_C} = \dfrac{1}{{\omega C}} = \dfrac{1}{{100\pi .\dfrac{{{{10}^{ - 2}}}}{{25\pi }}}} = 25\,\,\left( \Omega \right)\end{array}\)
Công suất tiêu thụ trên biến trở:
\(\begin{array}{*{20}{l}}
{{P_{R\max }} = \frac{{{U^2}}}{{2\left( {{R_2} + {r_d}} \right)}} \Leftrightarrow {R_2}^2 = {r_d}^2 + {{\left( {{Z_L} - {Z_C}} \right)}^2}} \\
\begin{gathered}
\Rightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}
{{P_{R\max }} = \frac{{{U^2}}}{{2\left( {{R_2} + {r_d}} \right)}}} \\
{{R_2}^2 = {r_d}^2 + {{\left( {{Z_L} - {Z_C}} \right)}^2}}
\end{array}} \right. \hfill \\
\Rightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}
{160 = \frac{{{{120}^2}}}{{2\left( {{R_2} + {r_d}} \right)}}} \\
{{R_2}^2 = {r_d}^2 + {{\left( {40 - 25} \right)}^2}}
\end{array}} \right. \hfill \\
\end{gathered} \\
\begin{gathered}
\Rightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}
{{R_2} + {r_d} = 45} \\
{{R_2}^2 = {r_d}^2 + 225}
\end{array}} \right. \hfill \\
\Rightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}
{{R_2} = 25{\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \left( \Omega \right)} \\
{{r_d} = 20{\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \left( \Omega \right)}
\end{array}} \right. \hfill \\
\Rightarrow {R_1} = 40{\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \left( \Omega \right) \hfill \\
\end{gathered} \\
{ \Rightarrow \frac{{{R_1}}}{{{R_2}}} = \frac{{40}}{{25}} = 1,6}
\end{array}\)
Chọn B.