Giáo án Vật lý Khối 12 - Chương III: Dòng điện xoay chiều - Bài 15: Công suất điện tiêu thụ của mạch điện xoay chiều. Hệ số công suất

Tiết: 0	CÔNG SUẤT ĐIỆN TIÊU THỤ CỦA MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU
HỆ SỐ CÔNG SUẤT
MỤC TIÊU
Kiến thức:
Phát biểu được định nghĩa và thiết lập được công thức của công suất trung bình tiêu thụ trong một mạch điện xoay chiều.
Phát biểu được định nghĩa của hệ số công suất.
Nêu được vai trò của hệ số công suất trong mạch điện xoay chiều.
Viết được công thức của hệ số công suất đối với mạch RLC nối tiếp.
Kĩ năng:
Thái độ:
CHUẨN BỊ
Giáo viên:
Học sinh: Ôn lại các kiến thức về mạch RLC nối tiếp.
HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC Hoạt động 1 ( phút): Kiểm tra bài cũ.
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
Kiến thức cơ bản
Hoạt động 2 ( phút): Tìm hiểu công suất của mạch điện xoay chiều
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
Kiến thức cơ bản
Biểu thức tính công suất điện tiêu thụ trong mạch điện không đổi là gì?
Xét mạch điện xoay chiều như hình vẽ.
Tại một thời điểm t, i trong mạch chạy theo 1 chiều nào đó ® xem tại thời điểm t, dòng điện trong mạch là dòng 1 chiều ® công suất tiêu thụ trong mạch tại thời điểm t?
Giá trị trung bình của công suất điện trong 1 chu kì:
P = p = UI écosj + cos(2wt +j)ù
ë	û
Trong đó cosj có giá trị như thế nào?
Còn cos(2wt + j) là một hàm tuần hoàn của t, với chu kì bao nhiêu?
Trong từng khoảng thời gian T/2
hoặc T, hàm cos(2wt + j) luôn có những giá trị bằng nhau về trị tuyệt đối, nhưng trái dấu tại thời điểm t, t +
T/4
cos é2w(t + T ) + j ù = cos é(2wt + 2wT ) +j ù
ê	4	ú	ê	4	ú
ë	û	ë	û
= cos(2wt + p + j) = -cos(2wt + j)
P = RI 2 = U2 = UI
R
p = ui
cosa.cosb = 1 [cos(a + b ) 2
+ cos(a - b )]
- Vì cosj không đổi nên
cosj = cosj
- Chu kì 2p = T ( T = 2p )
2w	2	w
® P = UIcosj
Công suất của mạch điện xoay chiều
Biểu thức của công suất
Mạch
i
~
Điện áp hai đầu mạch: u = U 2 coswt
Cường độ dòng điện tức
thời trong mạch:
i = I 2 cos(wt+ j)
Công suất tức thời của mạch điện xoay chiều: p = ui = 2UIcoswtcos(wt+
j)
= UI[cosj + cos(2wt+
j)]
Công suất điện tiêu tụ trung bình trong một chu kì:
P = UIcosj	(1)
Nếu thời gian dùng điện t >> T, thì P cũng là công
® Vậy cos(2wt + j) = 0
suất tiêu thụ điện trung bình của mạch trong thời gian đó (U, I không thay đổi).
2. Điện năng tiêu thụ của mạch điện
W = P.t
(2)
Hoạt động 3 ( phút): Tìm hiểu về hệ số công suất
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
Kiến thức cơ bản
Hệ số công suất có giá trị trong khoảng nào?
Y/c HS hoàn thành C2.
Các thiết bị tiêu thụ điện trong nhà máy ® có L ® i nói chung lệch pha
j so với u. Khi vận hành ổn định P trung bình giữ không đổi ® Công suất trung bình trong các nhà máy?
Nếu r là điện trở của dây dẫn ® công suất hao phí trên đường dây tải điện?
® Hệ số công suất ảnh hưởng như thế nào?
Nhà nước quy định: cosj ³ 0,85
- Giả sử điện áp hai đầu mạch điện là:
u = U 2 coswt
Cường độ dòng điện tức thời trong mạch:
i = I 2 cos(wt+ j)
Định luật Ôm cho đoạn mạch có biểu thức?
Mặt khác biểu thức tìm j?
Từ đây ta có thể rút ra biểu thức cosj?
Có nhận xét gì về công suất trung bình tiêu thụ trong mạch?
Vì |j| không vượt quá 900 nên 0 £ cosj £ 1.
Chỉ có L: cosj = 0
Gồm R nt L:
cosj =	R
R2 + w2 L
P = UIcosj với cosj > 0
® I =	P UI cosj
P = rI 2 = r P2	1
hp	U2 cos2j
- Nếu cosj nhỏ ® Php sẽ lớn, ảnh hưởng đến sản xuất kinh doanh của công ti điện lực.
I =	U	= U
 	Z
R2 + (wL - 1 )2
wC
wL - 1
tanj =	wC R
cosj = R
Z
- Bằng công suất toả nhiệt trên R.
Hệ số công suất
Biểu thức của hệ số công suất
- Từ công thức (1), cosj được gọi là hệ số công suất.
2. Tầm quan trọng của hệ số công suất
Các động cơ, máy khi vận hành ổn đinh, công suất trung bình được giữ không đổi và bằng:
P = UIcosj với cosj > 0
® I =	P	
UI cosj
® P = rI 2 = r P2	1
hp	U2 cos2j
Nếu cosj nhỏ ® Php sẽ lớn, ảnh hưởng đến sản xuất kinh doanh của công ti điện lực.
3. Tính hệ số công suất của mạch điện R, L, C nối tiếp
cosj = R
Z
hay
cosj =	R	
R2 + (wL - 1 )2
wC
- Công suất trung bình tiêu thụ trong mạch:
P = UIcosj = U U R 
Z Z 
æ U ö2
= R ç	÷ = RI 2
è Z ø
Hoạt động 4 ( phút):
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
Kiến thức cơ bản
Hoạt động 5 ( phút):
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
Kiến thức cơ bản
Hoạt động 6 ( phút): Giao nhiệm vụ về nhà.
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
Kiến thức cơ bản
- Nêu câu hỏi và bài tập về nhà.
- Ghi câu hỏi và bài tập về
- Yêu cầu: HS chuẩn bị bài sau.
nhà.
- Ghi những chuẩn bị cho bài
sau.
RÚT KINH NGHIỆM
..............................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................