Nối hai cực của một máy phát điện xoay chiều một pha vào hai đầu đoạn mạch AB gồm điện trở thuần (\(R = 100\sqrt 2\Omega\)) , cuộn cảm thuần (\( L = \frac{5}{{3\pi }}H\)) và tụ điện (\( C = \frac{{{{5.10}^{ - 4}}}}{{6\pi }}F\)) mắc nối tiếp. Bỏ qua điện trở các cuộn dây của máy phát điện và điện trở dây nối. Máy phát điện có số cặp cực không đổi, tốc độ quay của roto thay đổi được. Khi tốc độ quay của roto bằng (n) (vòng/phút) thì công suất của mạch đạt giá trị lớn nhất bằng 161,5W. Khi tốc độ quay của roto bằng (2n) (vòng/phút) thì công suất tiêu thụ của mạch là:

A. 136W

B. 126W

C. 148W

D. 125W

Suy nghĩ và trả lời câu hỏi trước khi xem đáp án

Môn: Vật Lý Lớp 12

Chủ đề: Dòng điện xoay chiều

Bài: Mạch R-L-C nối tiếp

Lời giải:

Báo sai

+ Khi tốc độ quay của roto là n (vòng/phút):

\(\begin{array}{l} P = \frac{{{\omega ^2}{\Phi ^2}.R}}{{{R^2} + {{({Z_L} - {Z_C})}^2}}} = \frac{{{\omega ^2}{\Phi ^2}.R}}{{{R^2} + {{(\omega L - \frac{1}{{\omega C}})}^2}}} = \frac{{{\omega ^2}{\Phi ^2}.R}}{{{R^2} + {\omega ^2}{L^2} - \frac{{2L}}{C} + \frac{1}{{{\omega ^2}{C^2}}}}}\\ = \frac{{{\Phi ^2}.R}}{{\frac{{{R^2}}}{{{\omega ^2}}} + {L^2} - \frac{{2L}}{{{\omega ^2}C}} + \frac{1}{{{\omega ^4}{C^2}}}}} \to P = \frac{{{\Phi ^2}.R}}{{\frac{1}{{{\omega ^4}{C^2}}} + \frac{1}{{{\omega ^2}}}\left( {{R^2} - \frac{{2L}}{C}} \right) + {L^2}}}\\ {P_{\max }} \Leftrightarrow {\left( {\frac{1}{{{\omega ^4}{C^2}}} + \frac{1}{{{\omega ^2}}}\left( {{R^2} - \frac{{2L}}{C}} \right) + {L^2}} \right)_{\min }}\\ \Leftrightarrow \frac{1}{{{\omega ^2}}} = \frac{{\frac{{2L}}{C} - {R^2}}}{{\frac{2}{{{C^2}}}}} = \frac{{\frac{{2.5}}{{3\pi }}.\frac{{6\pi }}{{{{5.10}^{ - 4}}}} - {{(100\sqrt 2 )}^2}}}{{\frac{2}{{{{\left( {\frac{{6\pi }}{{{{5.10}^{ - 4}}}}} \right)}^2}}}}} = \frac{1}{{14400{\pi ^2}}}\\ \to \omega = 120\pi \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l} {Z_L} = L\omega = 120\pi .\frac{5}{{3\pi }} = 200\Omega \\ {Z_C} = \frac{1}{{C\omega }} = \frac{1}{{120\pi .\frac{{{{5.10}^{ - 4}}}}{{6\pi }}}} = 100\Omega \end{array} \right.\\ \to {P_{\max }} = \frac{{{\omega ^2}.{\Phi ^2}.R}}{{{R^2} + {{(200 - 100)}^2}}} = 161,5(*) \end{array}\)

+ Khi tốc độ quay của roto là 2n (vòng/phút)

\(\begin{array}{l} \to \left\{ \begin{array}{l} Z{'_L} = 2{Z_L} = 400\Omega \\ {Z_C}' = \frac{{{Z_C}}}{2} = 50\Omega \end{array} \right.\\ \Rightarrow P\prime = \frac{{\omega {\prime ^2}{\Phi ^2}R}}{{{R^2} + {{({Z_L}\prime - {Z_C}\prime )}^2}}} = \frac{{4{\omega ^2}R}}{{{R^2} + {{(400 - 50)}^2}}}(**) \end{array}\)

Từ (*) và (**)

\( \Rightarrow \frac{{P'}}{{{P_{m{\rm{ax}}}}}} = \frac{{{\omega ^{\prime 2}}}}{{{\omega ^2}}}.\frac{{{R^2} + {{\left( {200 - 100} \right)}^2}}}{{{R^2} + {{\left( {400 - 50} \right)}^2}}} \Leftrightarrow \frac{{P'}}{{161,5}} = 4.\frac{{{{\left( {100\sqrt 2 } \right)}^2} + {{100}^2}}}{{{{\left( {100\sqrt 2 } \right)}^2} + {{350}^2}}} = \frac{{16}}{{19}} \Rightarrow P' = 136W\)