Công thức tính công suất điện tiêu thụ, điện năng tiêu thụ của mạch điện và biểu thức hệ số công suất - Vật lí 12 bài 15

Nội dung bài viết này của KhốiA.Vn sẽ giúp các em biết các công thức tính công suất tiêu tụ, điện năng tiêu thụ của mạch điện, biểu thức hệ số công suất (trong mạch RLC mắc nối tiếp),...

• Giải bài tập Vật lí 12 bài 15: Giải bài tập 1, 2, 3, 4, 5, 6 trang 85 SGK Vật lí 12 bài 15

I. Công suất của mạch điện xoay chiều

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:

  và 

- Công suất tức thời trên đoạn mạch là:

 (vận dụng công thức lượng giác biến đổi tích thành tổng)

- 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 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  nên công suất hao phí trên đường dây tải (có điện trở r) là 

• 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.

* 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.

• Công thức tính hệ số công suất trường hợp mạch RLC nối tiếp:

  và