SlideShare une entreprise Scribd logo
1  sur  12
Một số bài toán cực trị trong mạch RLC nối tiếp
LỜI MỞ ĐẦU
- Bài toán cực trị trong mạch điện xoay chiều là một dạng bài toán khó đối với học
sinh lớp 12 và cũng ít tài liệu hệ thống hóa một cách đầy đủ về dạng bài toán này.
- Với đề thi trắc nghiệm đại học như hiện nay, việc áp dụng trực tiếp kết quả của
bài toán cực trị sẽ làm cho học sinh không có cái nhìn tổng quan về phương pháp
giải các dạng toán này.
- Chính vì lý do đó, nay tôi viết đề tài “ CỰC TRỊ TRONG BÀI TOÁN ĐIỆN
XOAY CHIỀU “ nhằm hệ thống hóa một số dạng toán cực trị của bài toán này
phục vụ cho công tác giãng dạy của các bạn đồng nghiệp, cũng như một tài liệu để
học sinh tham khảo trong quá trỉnh học.
- Đề tài gồm bốn phần : khảo sát sự biến thiên của các đại lượng như công suất,
hiệu điện thế của các thiết bị… theo giá trị của biến trở R, theo giá trị của độ tự
cảm L, theo giá trị của điện dung C và theo giá trị của tần số góc ω.
- Vì thời gian có hạn, nên trong quá trình viết có thể có nhiều thiếu xót, mong được
sự đóng góp của quý đồng nghiệp và các em học sinh.
Trang 1
Một số bài toán cực trị trong mạch RLC nối tiếp
MỤC LỤC
I. Sự thay đổi R trong mạch R-L-C mắc nối tiếp
1. Có hai giá trị R1 ≠ R2 cho cùng một giá trị công suất
2. Giá trị của R làm cho công suất cực đại
a. Giá trị R làm công suất toàn mạch cực đại
b. Giá trị R làm cho công suất của R cực đại
c. Giá trị R làm cho công suất cuộn dây cực đại.
3. Khảo sát sự biến thiên của công suất vào giá trị của R
II. Sự thay đổi L trong mạch R-L-C mắc nối tiếp với cuộn dây thuần cảm.
1. Có hai giá trị L1 ≠ L2 cho cùng giá trị công suất
2. Khảo sát sự biến thiên của công suất theo cảm kháng.
3. Giá trị ZL để hiệu điện thế ULmax
4. Có hai giá trị L1 ≠ L2 cho cùng giá trị UL,giá trị L để ULmax tính theo L1 và L2.
5. Giá trị ZL để hiệu điện thế ULRrmax
III. Sự thay đổi C trong mạch R-L-C mắc nối tiếp.
1. Có hai giá trị C1 ≠ C2 cho cùng giá trị công suất
2. Khảo sát sự biến thiên của công suất theo dung kháng.
3. Giá trị ZC để hiệu điện thế UCmax
4. Có hai giá trị C1 ≠ C2 cho cùng giá trị UL và giá trị ZC để UCmax tính theo C1 và C2.
5. Giá trị ZC để hiệu điện thế UCRrmax
IV. Sự thay đổi ω trong mạch R-L-C mắc nối tiếp
1. Giá trị ω làm cho Pmax
2. Khảo sát sự biến thiên công suất theo ω.
3. Có hai giá trị ω1 ≠ ω2 cho cùng công suất và giá trị ω làm cho Pmax tính theo ω1 và ω2
4. Giá trị ω làm cho hiệu điện thế ULmax
5. Giá trị ω làm cho hiệu điện thế Ucmax
Trang 2
Một số bài toán cực trị trong mạch RLC nối tiếp
I. Sự thay đổi R trong mạch R-L-C mắc nối tiếp:
Xét mạch điện xoay chiều có hiệu hiệu thế hai đầu ổn định : 0 cos( )uu U tω ϕ= +
R là một biến trở, các giá trị R0 , L và C không đổi.
Gọi Rtd = R + R0
1. Có hai giá trị R1 ≠ R2 cho cùng một giá trị công suất
- Công suất tiêu thụ trên mạch là :
2
2
2 2
( )
td td
td L C
U
P R I R
R Z Z
= =
+ −
- Vì P1 = P2 = P nên ta có thể xem như công suất trong phương trình trên là một số
không đổi ứng với hai giá trị R1 và R2 . Khai triển biểu thức trên ta có:
2 2 2
( ) 0td td L CPR R U P Z Z− + − =
- Nếu có 2 giá trị của điện trở cho cùng một giá trị công suất thì phương trình bậc 2
trên có hai nghiệm phân biệt R1 và R2. Theo định lý Viète (Vi-et):
2 2
1 2 1 0 2 0
2 2
1 2 1 2 0
. ( ) ( )( ) ( )
2
td td L C L C
td td
R R Z Z R R R R Z Z
U U
R R R R R
P P
 = − + + = −
 
⇔ 
+ = + + = 
 
- Từ đó ta thấy rằng có 2 giá trị R1 và R2 khác nhau cho cùng giá trị công suất
2. Giá trị của R làm cho công suất cực đại
a. Giá trị R làm công suất toàn mạch cực đại
- Ta có:
2 2
2
22 2
( )( )
td td
L Ctd L C
td
td
U U
P R I R
Z ZR Z Z
R
R
= = =
−+ −
+
- Đặt
2
( )L C
td
td
Z Z
A R
R
−
= + , áp dụng bất đẳng thức Cauchy(Côsi) cho A
2 2
( ) ( )
2 2L C L C
td td L C
td td
Z Z Z Z
A R R Z Z const
R R
− −
= + ≥ = − =
- Ta thấy rằng Pmax khi Amin => “ =” xảy ra. Vậy: td L CR Z Z= −
- Khi đó giá trị cực đại của công suất là:
2 2 2
max
1 2 1 0 2 0
2 2 . 2 ( )( )L C td td
U U U
P
Z Z R R R R R R
= = =
− + +
Với R1td và R2td là hai giá trị của R cho cùng giá trị công suất.
Lưu ý: Khi 0L CZ Z R− < thì giá trị biến trở R < 0, khi đó giá trị biến trở làm cho
công suất toàn mạch cực đại là R = 0.
b. Giá trị R làm cho công suất của R cực đại
- Công suất của biến trở R là
2 2
2
2 22 2
00 ( ) ( )( ) ( )
R
L CL C
U U
P R I R
R R Z ZR R Z Z
R
= = =
+ + −+ + −
Trang 3
A B
CR L,R0
Một số bài toán cực trị trong mạch RLC nối tiếp
- Đặt mẩu thức của biểu thức trên là :
2 2 2 2
0 0
0
( ) ( ) ( )
2L C L CR R Z Z R Z Z
A R R
R R
+ + − + −
= = + +
- Áp dụng bất đẳng thức Cauchy cho A ta được:
2 2 2 2
2 20 0
0 0 0 0
( ) ( )
2 2 2 2 ( ) 2L C L C
L C
R Z Z R Z Z
A R R R R R Z Z R const
R R
+ − + −
= + + ≥ + = + − + =
- Ta thấy rằng PRmax khi Amin nghĩa là dấu “ =” phải xảy ra, khi đó:
2 2
0 ( )L CR R Z Z= + −
- Công suất cực đại của biến trở R là:
2
max 2 2
0 02 ( ) 2
R
L C
U
P
R Z Z R
=
+ − +
c. Giá trị R làm cho công suất cuộn dây cực đại, cường độ dòng điệncực đại,
hiệu điện thế cuộn dây cực đại, hiệu điện thế tụ điện cực đại.
- Ta có :
2 2 2
â 0 0
2 2
0
; ;
( ) ( )
d y d L c C
L C
P R I U I Z R U IZ
U
I
R R Z Z
= = + =
=
+ + −
- Vì R0; ZL; ZC và U là các đại lượng không đổi nên muốn đạt giá trị cực đại thì chỉ cần
cường độ dòng điện qua mạch cực đại. Từ biểu thức của dòng điện ta thấy rằng Imax khi
giá trị của biến trở R = 0.
3. Khảo sát sự biến thiên của công suất vào giá trị của R
- Để thấy rõ hơn sự phụ thuộc của công suất toàn mạch vào giá trị của biến trở R
người ta thường dùng phương pháp khảo sát hàm số:
- Ta có công suất toàn mạch theo biến thiên theo biến trở R cho bởi hàm số:
2
2
2 2
0
( )
td td
td L C
td
U
P R I R
R Z Z
R R R
= =
+ −
= +
- Đạo hàm P theo biến số Rtd ta có:
2 2
' 2
2 2 2
( )
( )
( ( ) )
L C td
td L C
Z Z R
P R U
R Z Z
− −
=
+ −
Khi
' 2 2
0( ) 0 ( ) 0L C td td L C L CP R Z Z R R Z Z R Z Z R= ⇒ − − = ⇒ = − ⇒ = − −
Bảng biến thiên :
R 0 0L CZ Z R− − +∞
P’(R) + 0 -
P(R)
2
max
2 L C
U
P
Z Z
=
−
2
0 2 2
0 ( )L C
U
P R
R Z Z
=
+ −
0
Trang 4
Một số bài toán cực trị trong mạch RLC nối tiếp
Đồ thị của P theo Rtd :
Nhận xét đồ thị :
• Từ đổ thị ta thấy rằng có hai giá trị R1 và R2 cho cùng một giá trị của
công suất.
• Công suất đạt giá trị cực đại khi 0 0L CR Z Z R= − − >
• Trong trường hợp 0 0L CR Z Z R= − − < thì đỉnh cực đại nằm ở phần R< 0
do đó ta thấy rằng công suất của mạch sẽ lớn nhất khi R = 0.
• Nếu R0 = 0 thì đồ thị xuất phát từ gốc tọa độ và ta luôn có giá trị R làm
cho công suất của toàn mạch cực đại là L CR Z Z= −
Kết luận:
• Với phương pháp khảo sát hàm số để thu được các kết quả ở phần 1 và 2 sẽ
không hiệu quả bằng phương pháp dùng tính chất của hàm bậc 2 và bất đẳng
thức Cauchy.
• Tuy nhiên từ việc khảo sát này ta có thể biết được sự biến thiên của P theo
biến trở R nhằm định tính được giá trị của công suất sẽ tăng hay giảm khi
thay đổi điện trở.
II. Sự thay đổi L trong mạch R-L-C mắc nối tiếp với cuộn dây thuần cảm.
Xét mạch điện xoay chiều có hiệu hiệu thế hai đầu ổn định : 0 cos( )uu U tω ϕ= +
L là một cuộn dây thuần cảm có giá trị thay đổi
R và C không đổi.
1. Có hai giá trị L1 ≠ L2 cho cùng giá trị công suất
- Vì có hai giá trị của cảm kháng cho cùng giá trị công suất nên:
Trang 5
P
RO
Pmax
R=ZL
- ZC
- R0
2
max
2 L C
U
P
Z Z
=
−
2
0 2 2
0 ( )L C
U
P R
R Z Z
=
+ −
A B
CR L
ZL
0 ZL
= ZC
+∞P’(ZL
)
+ 0 -P(ZL
)
0
Một số bài toán cực trị trong mạch RLC nối tiếp
1 2
2 2
1 2 2 2 2 2
( ) ( )L C L C
U U
P P R R
R Z Z R Z Z
= ⇔ =
+ − + −
- Khai triển biểu thức trên ta thu được :
1 2
1 2
1 2
2 2
( ) ( )
( )
L C L C
L C L C
L C L C
Z Z Z Z
Z Z Z Z
Z Z Z Z
− = −
− = − ⇔ 
− = − −
(lo aïi)
(nhaän)
- Suy ra : 1 2
1 2 2
2
2
L L
C
Z Z
Z L L
Cω
+
= ⇔ + =
2. Khảo sát sự biến thiên của công suất theo cảm kháng ZL
- Ta có công suất toàn mạch là:
2
2 2
( )L C
U
P R
R Z Z
=
+ −
, với R, C là các hằng số, nên
công suất của mạch là một hàm số theo biến số ZL
- Đạo hàm của P theo biến số ZL ta có:
2
2 2 2
'( ) 2 '( ) 0
[ ( ) }]
c L
L L
L C
Z Z
P Z RU P Z
R Z Z
−
= ⇒ =
+ −
khi L CZ Z=
- Bảng biến thiên
- Đồ thị của công suất theo ZL :
Trang
P
ZL
O
Pmax
ZL
= ZC
2
max
U
P
R
=
2
2 2
C
U
P R
R Z
=
+
6
Một số bài toán cực trị trong mạch RLC nối tiếp
- Nhận xét đồ thị:
• Có hai giá trị của cảm kháng cho cùng một giá trị công suất
• Công suất của mạch cực đại khi 1 2
2
L L
L C
Z Z
Z Z
+
= = , với 1 2
;L LZ Z là hai giá
trị của cảm kháng cho cùng một giá trị công suất.
Kết luận: Từ việc khảo sát sự biến thiên sự thay đổi công suất vào giá trị của ZL sẽ cho
phép định tính được sự tăng hay giảm của P theoZL. Từ đó ta có thể tiên đoán được sự
thay đổi của công suất theo giá trị của ZL trong một số bài toán.
3. Giá trị ZL để hiệu điện thế ULmax
- Ta có hiệu điện thế trên cuộn dây là : 2 2
( )
L L L
L C
U
U IZ Z
R Z Z
= =
+ −
, trong đó R; ZC
và U là các hằng số không đổi. Ta có thể dùng phương pháp khảo sát hàm số này
theo biến số là ZL. Tuy nhiên với cách khảo sát hàm số sẽ rất phức tạp. Với phương
pháp dùng giản đồ Vecto bài toán này có thể giải dể
hơn và rút ra nhiều kết luận hơn.
- Theo giản đồ vectơ và định lý hàm số sin trong tam
giác ta có :
sin( ) sin
LU U
α β γ
=
+
- Vì 2 2
sin cos R
RC C
U R
const
U R Z
γ β= = = =
+
, suy ra
sin( ) sin( )
sin cos
L
U U
U α β α β
γ β
= + = +
- Do cosβ và U là các giá trị không đổi nên hiệu điện thế
ULmax khi sin( ) 1
2
π
α β α β+ = ⇒ + =
- Theo hệ thức của tam giác vuông ta có:
2
RC C LU U U= , từ
đó suy ra
2 2
L C CZ Z R Z= +
- Tóm lại:
• Khi
2 2
C
L
C
R Z
Z
Z
+
= thì
2 2
max
C
L
R Z
U U
R
+
=
• Khi ULmax thì hiệu điện thế tức thời ở hai đầu mạch luôn nhanh pha hơn uRC
một góc 900
.
4. Có hai giá trị L1 ≠ L2 cho cùng giá trị UL , giá trị L để ULmax tính theo L1 và L2.
- Khi có hai giá trị của L cho cùng một giá trị hiệu điện thế:
1 2
1 2 1 2
1 2
1 2 2 2 2 2
( ) ( )
L L
L L L L
L C L C
Z Z
U U Z I Z I
R Z Z R Z Z
= ⇔ = ⇔ =
+ − + −
Trang 7
i
UR
URC
U
O
UC
UL
α
β
γ
Một số bài toán cực trị trong mạch RLC nối tiếp
- Bình phương và khai triển biểu thức trên ta thu được:
1 2
1 1 2 2
2 2
2 2 2 2 2 2
2 2
L L
C L L C C L L C
Z Z
R Z Z Z Z R Z Z Z Z
=
+ + − + + −
- Theo kết quả phần trên khi hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn dây cực đại thì
2 2
L C CZ Z R Z= + với giá trị ZL là giá trị làm cho ULmax . Thay vào biểu thức trên:
1 2
1 1 2 2
2 2
2 2
2 2
L L
L C L L C L C L L C
Z Z
Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z
=
+ − + −
- Tiếp tục khai triển biểu thức trên ta thu được:
1 2 1 2 1 2
2 2
( ) 2 ( )L L L L L L LZ Z Z Z Z Z Z− = −
- Vì L1 ≠ L2 nên đơn giàn biểu thức trên ta thu được:
1 2
1 2
1 2
1 2
2 2L L
L
L L
Z Z L L
Z L
Z Z L L
= ⇔ =
+ + với
giá L là giá trị là cho ULmax
5. Giá trị ZL để hiệu điện thế ULRrmax
- Khi R và L mắc nối tiếp nhau thì :
2 2
2 2
2 2 2 2
2 2
( ) ( )
L
LR L
L C L C
L
U R Z U
U I R Z
R Z Z R Z Z
R Z
+
= + = =
+ − + −
+
- Đặt
2 2
2 2
( )L C
L
R Z Z
MT
R Z
+ −
=
+
, ta thực hiện việc khảo sát hàm số MT theo biến số ZL để
tìm giá trị của ZL sao cho MTmin khi đó giá trị của ULrmax . Đạo hàm của MT theo biến
số ZL ta thu được :
2 2 2 2
'
2 2 2
2( )( ) 2 [ ( ) ]
( )
( )
L C L L L C
L
L
Z Z R Z Z R Z Z
MT Z
R Z
− + − + −
=
+
- Cho MT’(ZL) = 0 ta có :
2 2 2
0C L C L CZ Z Z Z Z R− − = . Nghiệm của phương trình bậc hai
này là:
1
2
2 2
2 2
4
0
2
4
0
2
C C
L
C C
L
Z R Z
Z
Z R Z
Z
 + +
 = >


− + = <

. Lập bảng biến thiên ta có:
ZL
0
2 2
4
2
C C
L
Z R Z
Z
+ +
= +∞
MT’(ZL)
- 0 +
MT (ZL)
2
2 2
4
2
C CR Z Z
R
 + −
 ÷
 ÷
 
[
Trang 8
Một số bài toán cực trị trong mạch RLC nối tiếp
- Từ bảng biến thiên ta thấy rằng MT đạt giá trị nhỏ nhất nên ULR đạt giá trị lớn nhất.
Ta thu được kết quả sau:
Khi
2 2
4
2
C C
L
Z R Z
Z
+ +
= thì ax 2 2
2 R
4
RLM
C C
U
U
R Z Z
=
+ −
III. Sự thay đổi C trong mạch R-L-C mắc nối tiếp.
Xét mạch điện xoay chiều có hiệu hiệu thế hai đầu ổn
định : 0 cos( )uu U tω ϕ= +
R là điện trở L là một cuộn dây thuần cảm không đổi
và C có giá trị thay đổi .
Nhận xét: Vì trong công thức tổng trở
2 2 2 2
( ) ( )L C C LZ R Z Z R Z Z= + − = + − do đó ta thấy rằng
bài toán thay đổi giá trị C cũng giống như bài toán thay đổi giá trị L. Do đó khi thực hiện việc
khảo sát ta cũng thực hiện tương tự thu được các kết quả sau:
1. Có hai giá trị C1 ≠ C2 cho cùng giá trị công suất
Với hai giá trị C1 và C2 cho cùng giá trị công suất ta có
1 2
0
1 2
0
1 2
2
1 2
2
1 12
2
C C
L C
C C
C
Z Z C C
Z Z
L
C C
ω

=+ +
= = ⇔

= +

Với giá trị C0 là giá trị làm cho công suất mạch cực đại
2. Khảo sát sự biến thiên của công suất theo dung kháng
- Bảng biến thiên:
ZC 0 ZC = ZL +∞
P’(ZC) + 0 -
P(ZC) 2
max
U
P
R
=
2
2 2
L
U
P R
R Z
=
+
0
- Đồ thị của công suất theo giá trị ZC :
Trang
P
ZC
O
Pmax
ZL
= ZC
2
max
U
P
R
=
2
2 2
L
U
P R
R Z
=
+
9
A B
CR L
Một số bài toán cực trị trong mạch RLC nối tiếp
3. Giá trị ZC để hiệu điện thế UCmax
- Khi
2 2
L
C
L
R Z
Z
Z
+
= thì :
•
2 2
ax
L
CM
U R Z
U
R
+
= và
2 2 2 2 2 2
ax ax ax; 0CM R L CM L CMU U U U U U U U= + + − − =
• uRL vuông pha với hiệu điện thế hai đầu mạch
4. Có hai giá trị C1 ≠ C2 cho cùng giá trị UC ,giá trị ZC để UCmax tính theo C1 và C2
- Khi có hai giá trị C = C1 hoặc C = C2 cho cùng giá trị UC thì giá trị của C làm cho UCmax
khi
1 2
1 21 1 1 1
( )
2 2C C C
C C
C
Z Z Z
+
= + ⇒ =
5. Giá trị ZC để hiệu điện thế URCmax
- Khi
2 2
4
2
L L
C
Z R Z
Z
+ +
= thì ax 2 2
2 R
4
RCM
L L
U
U
R Z Z
=
+ −
( Với điện trở R và tụ điện mắc
gần nhau)
IV. Sự thay đổi ω trong mạch R-L-C mắc nối tiếp
1. Giá trị ω làm cho Pmax
- Ta có
2
2
2
2 1
U
P RI R
R L
C
ω
ω
= =
 
+ − ÷
 
, từ công thức này ta thấy rằng công suất của
mạch đạt giá trị cực đại khi: 0
1 1
0L
LC
ω ω ω
ω
− = ⇒ = = . Với
2
max
U
P
R
=
- Khi đó Zmin = R và hiệu điện thế giửa hai đầu mạch và cường độ dòng điện qua mạch
đồng pha nhau.
2. Có hai giá trị ω1 ≠ ω2 cho cùng công suất và giá trị ω làm cho Pmax tính theo ω1
và ω2:
- Nếu có hai giá trị tần số khác nhau cho một giá trị công suất thì:
2 2
2 2 2 2
1 2
1 2
1 1
( ) ( )
1 2P P
U U
R R
R L R L
C C
ω ω
ω ω
= ⇔ =
+ − + −
- Biến đổi biểu thức trên ta thu được :
1 2
1 2
1 2
1 2
1 1
(1)
1 1
( )(2)
L L
C C
L L
C C
ω ω
ω ω
ω ω
ω ω

− = −


 − = − −

- Vì ω1 ≠ ω2 nên nghiệm (1) bị loại
- Khai triển nghiệm (2) ta thu được : 1 2
1
LC
ω ω =
- Theo kết quả ta có : 2
0 1 2
1
LC
ω ωω= = với ω0 là giá trị cộng hưởng điện.
Trang 10
Một số bài toán cực trị trong mạch RLC nối tiếp
3. Khảo sát sự biến thiên công suất theo ω.
- Ta có
2
2
2
2 1
U
P RI R
R L
C
ω
ω
= =
 
+ − ÷
 
- Việc khảo sát hàm số P theo biến số ω bằng việc lấy đạo hàm và lập bảng biến thiên
rất khó khăn vì hàm số này tương đối phức tạp. Tuy nhiên, ta có thể thu được kết quả
đó từ những nhận xét sau:
• Khi ω = 0 thì
1
CZ
Cω
= → ∞ làm cho P = 0
• Khi 0
1
LC
ω ω= = thì mạch cộng hưởng làm cho công suất trên
mạch cực đại
• Khi ω → ∞ thì LZ Lω= → ∞ làm cho P = 0
- Từ những nhận xét đó ta dễ dàng thu được sự biến thiên và đồ thị :
ω 0 0
1
LC
ω ω= = +∞
P(ω)
2
U
R
0 0
- Nhận xét đồ thị:
• Từ đồ thị ta thấy rằng sẽ có hai giá trị ω1 ≠ ω2 cho cùng một giá
trị công suất, điều này phù hợp với những biến đổi ở phần trên.
Trang
0 1
LC
ω =
ω
P
Pmax
11
Một số bài toán cực trị trong mạch RLC nối tiếp
4. Giá trị ω làm cho hiệu điện thế ULmax
- Ta có :
. .L L L
L
U U
U I Z Z
ZZ
Z
= = =
, đặt
2
2
2
2
1
( )L
R L
Z C
A
Z L
ω
ω
ω
 
+ − ÷   = = ÷
 
- Biến đổi biểu thức A ta thu được :
22
2 2 2
1
1
R
A
L LCω ω
 
= + − ÷
 
- Ta tiếp tục đặt 2
1
0x
Lω
= > khi đó
22
1
R x
A x
L C
 
= + − ÷
 
- Lấy đạo hàm của A theo biến số x ta thu được:
2
2
'( ) 1
R x
A x
L C C
 
= − − ÷
 
- Cho A’(x) = 0 ta thu được
2 2
2
2
LC R C
x
L
−
=
- Vì
22
0
L
x R
C
> ⇒ > khi đó ta thu bảng biến thiên:
x
0
2 2
2
2
LC R C
L
−
∞
A’(x) - 0 +
A(x)
Amin
- Thay giá trị x vào biểu thức đã đặt ta thu được hiệu điện thế cực đại của cuộn dây là:
2
1 1
2
C L R
C
ω =
−
và ax 2 2
2 .
4
LM
U L
U
R LC R C
=
−
Nhận xét : Khi
22
0
L
x R
C
≤ ⇒ ≤ thì Amin khi x = 0 do A làm hàm số bậc 2 có hệ số
2
1
0a
C
= > nên hàm số có cực tiểu ở phần âm, do đó x = 0 làm cho Amin trong miền xác
định của x. Khi đó ω rất lớn làm cho ZL rất lớn làm cho I = 0. Do đó không thể tìm giá
trị ω làm cho ULmax
5. Giá trị ω làm cho hiệu điện thế Ucmax
- Tương tự như cách làm trên ta cũng thu được kết quả tương tự khi thay đổi giá trị ω
làm cho UCmax là:
- Khi
2
1
2
L R
L C
ω = − thì ax
2 2
2 .
4
CM
U L
U
R LC R C
=
−
với 22L
R
C
>
Trang 12

Contenu connexe

Tendances

bai giang_an_toan_dien
bai giang_an_toan_dienbai giang_an_toan_dien
bai giang_an_toan_dien
Trà Nguyễn
 
Chuong 1 mach diode codientuvn-com
Chuong 1 mach diode codientuvn-comChuong 1 mach diode codientuvn-com
Chuong 1 mach diode codientuvn-com
Trần Nhật Tân
 

Tendances (20)

Chuyên đề sóng cơ bài tập và đáp án
Chuyên đề sóng cơ bài tập và đáp ánChuyên đề sóng cơ bài tập và đáp án
Chuyên đề sóng cơ bài tập và đáp án
 
Co ban ve msp430
Co ban ve msp430Co ban ve msp430
Co ban ve msp430
 
Dùng giản đồ vector giải điện xoay chiều
Dùng giản đồ vector giải điện xoay chiềuDùng giản đồ vector giải điện xoay chiều
Dùng giản đồ vector giải điện xoay chiều
 
Lý thuyết-mạch môn điện tử
Lý thuyết-mạch môn điện tửLý thuyết-mạch môn điện tử
Lý thuyết-mạch môn điện tử
 
Bài toán cực trị điện xoay chiều khó dành cho học sinh giỏi
Bài toán cực trị điện xoay chiều khó dành cho học sinh giỏiBài toán cực trị điện xoay chiều khó dành cho học sinh giỏi
Bài toán cực trị điện xoay chiều khó dành cho học sinh giỏi
 
Mạch RLC có omega biến thiên
Mạch RLC có omega biến thiênMạch RLC có omega biến thiên
Mạch RLC có omega biến thiên
 
Kỹ thuật giải nhanh chương điện xoay chiều
Kỹ thuật giải nhanh chương điện xoay chiềuKỹ thuật giải nhanh chương điện xoay chiều
Kỹ thuật giải nhanh chương điện xoay chiều
 
250 bai tap_kt_dien_tu_0295
250 bai tap_kt_dien_tu_0295250 bai tap_kt_dien_tu_0295
250 bai tap_kt_dien_tu_0295
 
Mach dien 3 pha
Mach dien 3 phaMach dien 3 pha
Mach dien 3 pha
 
50 đề thi học sinh giỏi vật lý 12 có đáp án chi tiết
50 đề thi học sinh giỏi vật lý 12 có đáp án chi tiết50 đề thi học sinh giỏi vật lý 12 có đáp án chi tiết
50 đề thi học sinh giỏi vật lý 12 có đáp án chi tiết
 
Bài tập tổng hợp máy điện
Bài tập tổng hợp máy điệnBài tập tổng hợp máy điện
Bài tập tổng hợp máy điện
 
Bài Giảng Kĩ Thuật Điện
Bài Giảng Kĩ Thuật ĐiệnBài Giảng Kĩ Thuật Điện
Bài Giảng Kĩ Thuật Điện
 
Định luật Coulomb
Định luật CoulombĐịnh luật Coulomb
Định luật Coulomb
 
xử lí module analog trong s7 300
xử lí module analog trong s7 300xử lí module analog trong s7 300
xử lí module analog trong s7 300
 
Ly thuyet mach
Ly thuyet machLy thuyet mach
Ly thuyet mach
 
bai giang_an_toan_dien
bai giang_an_toan_dienbai giang_an_toan_dien
bai giang_an_toan_dien
 
Chuyên đề sai số
Chuyên đề sai sốChuyên đề sai số
Chuyên đề sai số
 
Qua trinh qua do
Qua trinh qua doQua trinh qua do
Qua trinh qua do
 
Chuong 1 mach diode codientuvn-com
Chuong 1 mach diode codientuvn-comChuong 1 mach diode codientuvn-com
Chuong 1 mach diode codientuvn-com
 
Hai bí kíp thiết lập công thức sai số - ĐHBKHN
Hai bí kíp thiết lập công thức sai số - ĐHBKHNHai bí kíp thiết lập công thức sai số - ĐHBKHN
Hai bí kíp thiết lập công thức sai số - ĐHBKHN
 

Similaire à Cuc tri trong dien xoay chieu.10356

Bài tập điện xoay chiều
Bài tập điện xoay chiềuBài tập điện xoay chiều
Bài tập điện xoay chiều
Van-Duyet Le
 
Mot so bai tap li 9phan dien hoc on hsg cap huyen
Mot so bai tap  li 9phan dien hoc on hsg cap huyenMot so bai tap  li 9phan dien hoc on hsg cap huyen
Mot so bai tap li 9phan dien hoc on hsg cap huyen
Ngua Hoang
 
Bitonxcnhgitrccicahiuinthvcngsutmchintheoccthngsrlctrongmchinxoaychiunitip 13...
Bitonxcnhgitrccicahiuinthvcngsutmchintheoccthngsrlctrongmchinxoaychiunitip 13...Bitonxcnhgitrccicahiuinthvcngsutmchintheoccthngsrlctrongmchinxoaychiunitip 13...
Bitonxcnhgitrccicahiuinthvcngsutmchintheoccthngsrlctrongmchinxoaychiunitip 13...
Kaquy Ka
 
tiểu luận lý - chuyên đề điện
tiểu luận lý - chuyên đề điệntiểu luận lý - chuyên đề điện
tiểu luận lý - chuyên đề điện
Nhi Triệu Yến
 

Similaire à Cuc tri trong dien xoay chieu.10356 (20)

Chuyên đề dòng điện xoay chiều
Chuyên đề dòng điện xoay chiềuChuyên đề dòng điện xoay chiều
Chuyên đề dòng điện xoay chiều
 
Phuong phap giai nhanh chuong dien xoay chieu
Phuong phap giai nhanh chuong dien xoay chieuPhuong phap giai nhanh chuong dien xoay chieu
Phuong phap giai nhanh chuong dien xoay chieu
 
Mạch điện rlc khi r thay đổi
Mạch điện rlc khi r thay đổiMạch điện rlc khi r thay đổi
Mạch điện rlc khi r thay đổi
 
Bài tập điện xoay chiều
Bài tập điện xoay chiềuBài tập điện xoay chiều
Bài tập điện xoay chiều
 
Tóm tắt lý thuyết và phương pháp giải bài tập phần dòng điện xoay chiều
Tóm tắt lý thuyết và phương pháp giải bài tập phần dòng điện xoay chiềuTóm tắt lý thuyết và phương pháp giải bài tập phần dòng điện xoay chiều
Tóm tắt lý thuyết và phương pháp giải bài tập phần dòng điện xoay chiều
 
Mot so bai tap li 9phan dien hoc on hsg cap huyen
Mot so bai tap  li 9phan dien hoc on hsg cap huyenMot so bai tap  li 9phan dien hoc on hsg cap huyen
Mot so bai tap li 9phan dien hoc on hsg cap huyen
 
Cực trị trong bài toán điện xoay chiều
Cực trị trong bài toán điện xoay chiềuCực trị trong bài toán điện xoay chiều
Cực trị trong bài toán điện xoay chiều
 
Bitonxcnhgitrccicahiuinthvcngsutmchintheoccthngsrlctrongmchinxoaychiunitip 13...
Bitonxcnhgitrccicahiuinthvcngsutmchintheoccthngsrlctrongmchinxoaychiunitip 13...Bitonxcnhgitrccicahiuinthvcngsutmchintheoccthngsrlctrongmchinxoaychiunitip 13...
Bitonxcnhgitrccicahiuinthvcngsutmchintheoccthngsrlctrongmchinxoaychiunitip 13...
 
tiểu luận lý - chuyên đề điện
tiểu luận lý - chuyên đề điệntiểu luận lý - chuyên đề điện
tiểu luận lý - chuyên đề điện
 
Các bài toán điện xoay chiều hay
Các bài toán điện xoay chiều hayCác bài toán điện xoay chiều hay
Các bài toán điện xoay chiều hay
 
Phương pháp giải và bài tập điện xoay chiều
Phương pháp giải và bài tập điện xoay chiềuPhương pháp giải và bài tập điện xoay chiều
Phương pháp giải và bài tập điện xoay chiều
 
Bài giải chi tiết phần điện đại học 2012
Bài giải chi tiết phần điện đại học 2012Bài giải chi tiết phần điện đại học 2012
Bài giải chi tiết phần điện đại học 2012
 
San pham nhom 4
San pham nhom 4San pham nhom 4
San pham nhom 4
 
Dongdienxoaychieu post
Dongdienxoaychieu postDongdienxoaychieu post
Dongdienxoaychieu post
 
7 truong dien tu
7 truong dien tu7 truong dien tu
7 truong dien tu
 
Bài toán cực trị khi l thay đổi
Bài toán cực trị khi l thay đổiBài toán cực trị khi l thay đổi
Bài toán cực trị khi l thay đổi
 
Chuong 2
Chuong 2Chuong 2
Chuong 2
 
Tong hop kien thuc vat ly 9
Tong hop kien thuc vat ly 9Tong hop kien thuc vat ly 9
Tong hop kien thuc vat ly 9
 
Phan 1
Phan 1Phan 1
Phan 1
 
Giáo án 6
Giáo án 6Giáo án 6
Giáo án 6
 

Cuc tri trong dien xoay chieu.10356

  • 1. Một số bài toán cực trị trong mạch RLC nối tiếp LỜI MỞ ĐẦU - Bài toán cực trị trong mạch điện xoay chiều là một dạng bài toán khó đối với học sinh lớp 12 và cũng ít tài liệu hệ thống hóa một cách đầy đủ về dạng bài toán này. - Với đề thi trắc nghiệm đại học như hiện nay, việc áp dụng trực tiếp kết quả của bài toán cực trị sẽ làm cho học sinh không có cái nhìn tổng quan về phương pháp giải các dạng toán này. - Chính vì lý do đó, nay tôi viết đề tài “ CỰC TRỊ TRONG BÀI TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU “ nhằm hệ thống hóa một số dạng toán cực trị của bài toán này phục vụ cho công tác giãng dạy của các bạn đồng nghiệp, cũng như một tài liệu để học sinh tham khảo trong quá trỉnh học. - Đề tài gồm bốn phần : khảo sát sự biến thiên của các đại lượng như công suất, hiệu điện thế của các thiết bị… theo giá trị của biến trở R, theo giá trị của độ tự cảm L, theo giá trị của điện dung C và theo giá trị của tần số góc ω. - Vì thời gian có hạn, nên trong quá trình viết có thể có nhiều thiếu xót, mong được sự đóng góp của quý đồng nghiệp và các em học sinh. Trang 1
  • 2. Một số bài toán cực trị trong mạch RLC nối tiếp MỤC LỤC I. Sự thay đổi R trong mạch R-L-C mắc nối tiếp 1. Có hai giá trị R1 ≠ R2 cho cùng một giá trị công suất 2. Giá trị của R làm cho công suất cực đại a. Giá trị R làm công suất toàn mạch cực đại b. Giá trị R làm cho công suất của R cực đại c. Giá trị R làm cho công suất cuộn dây cực đại. 3. Khảo sát sự biến thiên của công suất vào giá trị của R II. Sự thay đổi L trong mạch R-L-C mắc nối tiếp với cuộn dây thuần cảm. 1. Có hai giá trị L1 ≠ L2 cho cùng giá trị công suất 2. Khảo sát sự biến thiên của công suất theo cảm kháng. 3. Giá trị ZL để hiệu điện thế ULmax 4. Có hai giá trị L1 ≠ L2 cho cùng giá trị UL,giá trị L để ULmax tính theo L1 và L2. 5. Giá trị ZL để hiệu điện thế ULRrmax III. Sự thay đổi C trong mạch R-L-C mắc nối tiếp. 1. Có hai giá trị C1 ≠ C2 cho cùng giá trị công suất 2. Khảo sát sự biến thiên của công suất theo dung kháng. 3. Giá trị ZC để hiệu điện thế UCmax 4. Có hai giá trị C1 ≠ C2 cho cùng giá trị UL và giá trị ZC để UCmax tính theo C1 và C2. 5. Giá trị ZC để hiệu điện thế UCRrmax IV. Sự thay đổi ω trong mạch R-L-C mắc nối tiếp 1. Giá trị ω làm cho Pmax 2. Khảo sát sự biến thiên công suất theo ω. 3. Có hai giá trị ω1 ≠ ω2 cho cùng công suất và giá trị ω làm cho Pmax tính theo ω1 và ω2 4. Giá trị ω làm cho hiệu điện thế ULmax 5. Giá trị ω làm cho hiệu điện thế Ucmax Trang 2
  • 3. Một số bài toán cực trị trong mạch RLC nối tiếp I. Sự thay đổi R trong mạch R-L-C mắc nối tiếp: Xét mạch điện xoay chiều có hiệu hiệu thế hai đầu ổn định : 0 cos( )uu U tω ϕ= + R là một biến trở, các giá trị R0 , L và C không đổi. Gọi Rtd = R + R0 1. Có hai giá trị R1 ≠ R2 cho cùng một giá trị công suất - Công suất tiêu thụ trên mạch là : 2 2 2 2 ( ) td td td L C U P R I R R Z Z = = + − - Vì P1 = P2 = P nên ta có thể xem như công suất trong phương trình trên là một số không đổi ứng với hai giá trị R1 và R2 . Khai triển biểu thức trên ta có: 2 2 2 ( ) 0td td L CPR R U P Z Z− + − = - Nếu có 2 giá trị của điện trở cho cùng một giá trị công suất thì phương trình bậc 2 trên có hai nghiệm phân biệt R1 và R2. Theo định lý Viète (Vi-et): 2 2 1 2 1 0 2 0 2 2 1 2 1 2 0 . ( ) ( )( ) ( ) 2 td td L C L C td td R R Z Z R R R R Z Z U U R R R R R P P  = − + + = −   ⇔  + = + + =    - Từ đó ta thấy rằng có 2 giá trị R1 và R2 khác nhau cho cùng giá trị công suất 2. Giá trị của R làm cho công suất cực đại a. Giá trị R làm công suất toàn mạch cực đại - Ta có: 2 2 2 22 2 ( )( ) td td L Ctd L C td td U U P R I R Z ZR Z Z R R = = = −+ − + - Đặt 2 ( )L C td td Z Z A R R − = + , áp dụng bất đẳng thức Cauchy(Côsi) cho A 2 2 ( ) ( ) 2 2L C L C td td L C td td Z Z Z Z A R R Z Z const R R − − = + ≥ = − = - Ta thấy rằng Pmax khi Amin => “ =” xảy ra. Vậy: td L CR Z Z= − - Khi đó giá trị cực đại của công suất là: 2 2 2 max 1 2 1 0 2 0 2 2 . 2 ( )( )L C td td U U U P Z Z R R R R R R = = = − + + Với R1td và R2td là hai giá trị của R cho cùng giá trị công suất. Lưu ý: Khi 0L CZ Z R− < thì giá trị biến trở R < 0, khi đó giá trị biến trở làm cho công suất toàn mạch cực đại là R = 0. b. Giá trị R làm cho công suất của R cực đại - Công suất của biến trở R là 2 2 2 2 22 2 00 ( ) ( )( ) ( ) R L CL C U U P R I R R R Z ZR R Z Z R = = = + + −+ + − Trang 3 A B CR L,R0
  • 4. Một số bài toán cực trị trong mạch RLC nối tiếp - Đặt mẩu thức của biểu thức trên là : 2 2 2 2 0 0 0 ( ) ( ) ( ) 2L C L CR R Z Z R Z Z A R R R R + + − + − = = + + - Áp dụng bất đẳng thức Cauchy cho A ta được: 2 2 2 2 2 20 0 0 0 0 0 ( ) ( ) 2 2 2 2 ( ) 2L C L C L C R Z Z R Z Z A R R R R R Z Z R const R R + − + − = + + ≥ + = + − + = - Ta thấy rằng PRmax khi Amin nghĩa là dấu “ =” phải xảy ra, khi đó: 2 2 0 ( )L CR R Z Z= + − - Công suất cực đại của biến trở R là: 2 max 2 2 0 02 ( ) 2 R L C U P R Z Z R = + − + c. Giá trị R làm cho công suất cuộn dây cực đại, cường độ dòng điệncực đại, hiệu điện thế cuộn dây cực đại, hiệu điện thế tụ điện cực đại. - Ta có : 2 2 2 â 0 0 2 2 0 ; ; ( ) ( ) d y d L c C L C P R I U I Z R U IZ U I R R Z Z = = + = = + + − - Vì R0; ZL; ZC và U là các đại lượng không đổi nên muốn đạt giá trị cực đại thì chỉ cần cường độ dòng điện qua mạch cực đại. Từ biểu thức của dòng điện ta thấy rằng Imax khi giá trị của biến trở R = 0. 3. Khảo sát sự biến thiên của công suất vào giá trị của R - Để thấy rõ hơn sự phụ thuộc của công suất toàn mạch vào giá trị của biến trở R người ta thường dùng phương pháp khảo sát hàm số: - Ta có công suất toàn mạch theo biến thiên theo biến trở R cho bởi hàm số: 2 2 2 2 0 ( ) td td td L C td U P R I R R Z Z R R R = = + − = + - Đạo hàm P theo biến số Rtd ta có: 2 2 ' 2 2 2 2 ( ) ( ) ( ( ) ) L C td td L C Z Z R P R U R Z Z − − = + − Khi ' 2 2 0( ) 0 ( ) 0L C td td L C L CP R Z Z R R Z Z R Z Z R= ⇒ − − = ⇒ = − ⇒ = − − Bảng biến thiên : R 0 0L CZ Z R− − +∞ P’(R) + 0 - P(R) 2 max 2 L C U P Z Z = − 2 0 2 2 0 ( )L C U P R R Z Z = + − 0 Trang 4
  • 5. Một số bài toán cực trị trong mạch RLC nối tiếp Đồ thị của P theo Rtd : Nhận xét đồ thị : • Từ đổ thị ta thấy rằng có hai giá trị R1 và R2 cho cùng một giá trị của công suất. • Công suất đạt giá trị cực đại khi 0 0L CR Z Z R= − − > • Trong trường hợp 0 0L CR Z Z R= − − < thì đỉnh cực đại nằm ở phần R< 0 do đó ta thấy rằng công suất của mạch sẽ lớn nhất khi R = 0. • Nếu R0 = 0 thì đồ thị xuất phát từ gốc tọa độ và ta luôn có giá trị R làm cho công suất của toàn mạch cực đại là L CR Z Z= − Kết luận: • Với phương pháp khảo sát hàm số để thu được các kết quả ở phần 1 và 2 sẽ không hiệu quả bằng phương pháp dùng tính chất của hàm bậc 2 và bất đẳng thức Cauchy. • Tuy nhiên từ việc khảo sát này ta có thể biết được sự biến thiên của P theo biến trở R nhằm định tính được giá trị của công suất sẽ tăng hay giảm khi thay đổi điện trở. II. Sự thay đổi L trong mạch R-L-C mắc nối tiếp với cuộn dây thuần cảm. Xét mạch điện xoay chiều có hiệu hiệu thế hai đầu ổn định : 0 cos( )uu U tω ϕ= + L là một cuộn dây thuần cảm có giá trị thay đổi R và C không đổi. 1. Có hai giá trị L1 ≠ L2 cho cùng giá trị công suất - Vì có hai giá trị của cảm kháng cho cùng giá trị công suất nên: Trang 5 P RO Pmax R=ZL - ZC - R0 2 max 2 L C U P Z Z = − 2 0 2 2 0 ( )L C U P R R Z Z = + − A B CR L
  • 6. ZL 0 ZL = ZC +∞P’(ZL ) + 0 -P(ZL ) 0 Một số bài toán cực trị trong mạch RLC nối tiếp 1 2 2 2 1 2 2 2 2 2 ( ) ( )L C L C U U P P R R R Z Z R Z Z = ⇔ = + − + − - Khai triển biểu thức trên ta thu được : 1 2 1 2 1 2 2 2 ( ) ( ) ( ) L C L C L C L C L C L C Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z − = − − = − ⇔  − = − − (lo aïi) (nhaän) - Suy ra : 1 2 1 2 2 2 2 L L C Z Z Z L L Cω + = ⇔ + = 2. Khảo sát sự biến thiên của công suất theo cảm kháng ZL - Ta có công suất toàn mạch là: 2 2 2 ( )L C U P R R Z Z = + − , với R, C là các hằng số, nên công suất của mạch là một hàm số theo biến số ZL - Đạo hàm của P theo biến số ZL ta có: 2 2 2 2 '( ) 2 '( ) 0 [ ( ) }] c L L L L C Z Z P Z RU P Z R Z Z − = ⇒ = + − khi L CZ Z= - Bảng biến thiên - Đồ thị của công suất theo ZL : Trang P ZL O Pmax ZL = ZC 2 max U P R = 2 2 2 C U P R R Z = + 6
  • 7. Một số bài toán cực trị trong mạch RLC nối tiếp - Nhận xét đồ thị: • Có hai giá trị của cảm kháng cho cùng một giá trị công suất • Công suất của mạch cực đại khi 1 2 2 L L L C Z Z Z Z + = = , với 1 2 ;L LZ Z là hai giá trị của cảm kháng cho cùng một giá trị công suất. Kết luận: Từ việc khảo sát sự biến thiên sự thay đổi công suất vào giá trị của ZL sẽ cho phép định tính được sự tăng hay giảm của P theoZL. Từ đó ta có thể tiên đoán được sự thay đổi của công suất theo giá trị của ZL trong một số bài toán. 3. Giá trị ZL để hiệu điện thế ULmax - Ta có hiệu điện thế trên cuộn dây là : 2 2 ( ) L L L L C U U IZ Z R Z Z = = + − , trong đó R; ZC và U là các hằng số không đổi. Ta có thể dùng phương pháp khảo sát hàm số này theo biến số là ZL. Tuy nhiên với cách khảo sát hàm số sẽ rất phức tạp. Với phương pháp dùng giản đồ Vecto bài toán này có thể giải dể hơn và rút ra nhiều kết luận hơn. - Theo giản đồ vectơ và định lý hàm số sin trong tam giác ta có : sin( ) sin LU U α β γ = + - Vì 2 2 sin cos R RC C U R const U R Z γ β= = = = + , suy ra sin( ) sin( ) sin cos L U U U α β α β γ β = + = + - Do cosβ và U là các giá trị không đổi nên hiệu điện thế ULmax khi sin( ) 1 2 π α β α β+ = ⇒ + = - Theo hệ thức của tam giác vuông ta có: 2 RC C LU U U= , từ đó suy ra 2 2 L C CZ Z R Z= + - Tóm lại: • Khi 2 2 C L C R Z Z Z + = thì 2 2 max C L R Z U U R + = • Khi ULmax thì hiệu điện thế tức thời ở hai đầu mạch luôn nhanh pha hơn uRC một góc 900 . 4. Có hai giá trị L1 ≠ L2 cho cùng giá trị UL , giá trị L để ULmax tính theo L1 và L2. - Khi có hai giá trị của L cho cùng một giá trị hiệu điện thế: 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 2 2 2 2 ( ) ( ) L L L L L L L C L C Z Z U U Z I Z I R Z Z R Z Z = ⇔ = ⇔ = + − + − Trang 7 i UR URC U O UC UL α β γ
  • 8. Một số bài toán cực trị trong mạch RLC nối tiếp - Bình phương và khai triển biểu thức trên ta thu được: 1 2 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 L L C L L C C L L C Z Z R Z Z Z Z R Z Z Z Z = + + − + + − - Theo kết quả phần trên khi hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn dây cực đại thì 2 2 L C CZ Z R Z= + với giá trị ZL là giá trị làm cho ULmax . Thay vào biểu thức trên: 1 2 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 L L L C L L C L C L L C Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z = + − + − - Tiếp tục khai triển biểu thức trên ta thu được: 1 2 1 2 1 2 2 2 ( ) 2 ( )L L L L L L LZ Z Z Z Z Z Z− = − - Vì L1 ≠ L2 nên đơn giàn biểu thức trên ta thu được: 1 2 1 2 1 2 1 2 2 2L L L L L Z Z L L Z L Z Z L L = ⇔ = + + với giá L là giá trị là cho ULmax 5. Giá trị ZL để hiệu điện thế ULRrmax - Khi R và L mắc nối tiếp nhau thì : 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 ( ) ( ) L LR L L C L C L U R Z U U I R Z R Z Z R Z Z R Z + = + = = + − + − + - Đặt 2 2 2 2 ( )L C L R Z Z MT R Z + − = + , ta thực hiện việc khảo sát hàm số MT theo biến số ZL để tìm giá trị của ZL sao cho MTmin khi đó giá trị của ULrmax . Đạo hàm của MT theo biến số ZL ta thu được : 2 2 2 2 ' 2 2 2 2( )( ) 2 [ ( ) ] ( ) ( ) L C L L L C L L Z Z R Z Z R Z Z MT Z R Z − + − + − = + - Cho MT’(ZL) = 0 ta có : 2 2 2 0C L C L CZ Z Z Z Z R− − = . Nghiệm của phương trình bậc hai này là: 1 2 2 2 2 2 4 0 2 4 0 2 C C L C C L Z R Z Z Z R Z Z  + +  = >   − + = <  . Lập bảng biến thiên ta có: ZL 0 2 2 4 2 C C L Z R Z Z + + = +∞ MT’(ZL) - 0 + MT (ZL) 2 2 2 4 2 C CR Z Z R  + −  ÷  ÷   [ Trang 8
  • 9. Một số bài toán cực trị trong mạch RLC nối tiếp - Từ bảng biến thiên ta thấy rằng MT đạt giá trị nhỏ nhất nên ULR đạt giá trị lớn nhất. Ta thu được kết quả sau: Khi 2 2 4 2 C C L Z R Z Z + + = thì ax 2 2 2 R 4 RLM C C U U R Z Z = + − III. Sự thay đổi C trong mạch R-L-C mắc nối tiếp. Xét mạch điện xoay chiều có hiệu hiệu thế hai đầu ổn định : 0 cos( )uu U tω ϕ= + R là điện trở L là một cuộn dây thuần cảm không đổi và C có giá trị thay đổi . Nhận xét: Vì trong công thức tổng trở 2 2 2 2 ( ) ( )L C C LZ R Z Z R Z Z= + − = + − do đó ta thấy rằng bài toán thay đổi giá trị C cũng giống như bài toán thay đổi giá trị L. Do đó khi thực hiện việc khảo sát ta cũng thực hiện tương tự thu được các kết quả sau: 1. Có hai giá trị C1 ≠ C2 cho cùng giá trị công suất Với hai giá trị C1 và C2 cho cùng giá trị công suất ta có 1 2 0 1 2 0 1 2 2 1 2 2 1 12 2 C C L C C C C Z Z C C Z Z L C C ω  =+ + = = ⇔  = +  Với giá trị C0 là giá trị làm cho công suất mạch cực đại 2. Khảo sát sự biến thiên của công suất theo dung kháng - Bảng biến thiên: ZC 0 ZC = ZL +∞ P’(ZC) + 0 - P(ZC) 2 max U P R = 2 2 2 L U P R R Z = + 0 - Đồ thị của công suất theo giá trị ZC : Trang P ZC O Pmax ZL = ZC 2 max U P R = 2 2 2 L U P R R Z = + 9 A B CR L
  • 10. Một số bài toán cực trị trong mạch RLC nối tiếp 3. Giá trị ZC để hiệu điện thế UCmax - Khi 2 2 L C L R Z Z Z + = thì : • 2 2 ax L CM U R Z U R + = và 2 2 2 2 2 2 ax ax ax; 0CM R L CM L CMU U U U U U U U= + + − − = • uRL vuông pha với hiệu điện thế hai đầu mạch 4. Có hai giá trị C1 ≠ C2 cho cùng giá trị UC ,giá trị ZC để UCmax tính theo C1 và C2 - Khi có hai giá trị C = C1 hoặc C = C2 cho cùng giá trị UC thì giá trị của C làm cho UCmax khi 1 2 1 21 1 1 1 ( ) 2 2C C C C C C Z Z Z + = + ⇒ = 5. Giá trị ZC để hiệu điện thế URCmax - Khi 2 2 4 2 L L C Z R Z Z + + = thì ax 2 2 2 R 4 RCM L L U U R Z Z = + − ( Với điện trở R và tụ điện mắc gần nhau) IV. Sự thay đổi ω trong mạch R-L-C mắc nối tiếp 1. Giá trị ω làm cho Pmax - Ta có 2 2 2 2 1 U P RI R R L C ω ω = =   + − ÷   , từ công thức này ta thấy rằng công suất của mạch đạt giá trị cực đại khi: 0 1 1 0L LC ω ω ω ω − = ⇒ = = . Với 2 max U P R = - Khi đó Zmin = R và hiệu điện thế giửa hai đầu mạch và cường độ dòng điện qua mạch đồng pha nhau. 2. Có hai giá trị ω1 ≠ ω2 cho cùng công suất và giá trị ω làm cho Pmax tính theo ω1 và ω2: - Nếu có hai giá trị tần số khác nhau cho một giá trị công suất thì: 2 2 2 2 2 2 1 2 1 2 1 1 ( ) ( ) 1 2P P U U R R R L R L C C ω ω ω ω = ⇔ = + − + − - Biến đổi biểu thức trên ta thu được : 1 2 1 2 1 2 1 2 1 1 (1) 1 1 ( )(2) L L C C L L C C ω ω ω ω ω ω ω ω  − = −    − = − −  - Vì ω1 ≠ ω2 nên nghiệm (1) bị loại - Khai triển nghiệm (2) ta thu được : 1 2 1 LC ω ω = - Theo kết quả ta có : 2 0 1 2 1 LC ω ωω= = với ω0 là giá trị cộng hưởng điện. Trang 10
  • 11. Một số bài toán cực trị trong mạch RLC nối tiếp 3. Khảo sát sự biến thiên công suất theo ω. - Ta có 2 2 2 2 1 U P RI R R L C ω ω = =   + − ÷   - Việc khảo sát hàm số P theo biến số ω bằng việc lấy đạo hàm và lập bảng biến thiên rất khó khăn vì hàm số này tương đối phức tạp. Tuy nhiên, ta có thể thu được kết quả đó từ những nhận xét sau: • Khi ω = 0 thì 1 CZ Cω = → ∞ làm cho P = 0 • Khi 0 1 LC ω ω= = thì mạch cộng hưởng làm cho công suất trên mạch cực đại • Khi ω → ∞ thì LZ Lω= → ∞ làm cho P = 0 - Từ những nhận xét đó ta dễ dàng thu được sự biến thiên và đồ thị : ω 0 0 1 LC ω ω= = +∞ P(ω) 2 U R 0 0 - Nhận xét đồ thị: • Từ đồ thị ta thấy rằng sẽ có hai giá trị ω1 ≠ ω2 cho cùng một giá trị công suất, điều này phù hợp với những biến đổi ở phần trên. Trang 0 1 LC ω = ω P Pmax 11
  • 12. Một số bài toán cực trị trong mạch RLC nối tiếp 4. Giá trị ω làm cho hiệu điện thế ULmax - Ta có : . .L L L L U U U I Z Z ZZ Z = = = , đặt 2 2 2 2 1 ( )L R L Z C A Z L ω ω ω   + − ÷   = = ÷   - Biến đổi biểu thức A ta thu được : 22 2 2 2 1 1 R A L LCω ω   = + − ÷   - Ta tiếp tục đặt 2 1 0x Lω = > khi đó 22 1 R x A x L C   = + − ÷   - Lấy đạo hàm của A theo biến số x ta thu được: 2 2 '( ) 1 R x A x L C C   = − − ÷   - Cho A’(x) = 0 ta thu được 2 2 2 2 LC R C x L − = - Vì 22 0 L x R C > ⇒ > khi đó ta thu bảng biến thiên: x 0 2 2 2 2 LC R C L − ∞ A’(x) - 0 + A(x) Amin - Thay giá trị x vào biểu thức đã đặt ta thu được hiệu điện thế cực đại của cuộn dây là: 2 1 1 2 C L R C ω = − và ax 2 2 2 . 4 LM U L U R LC R C = − Nhận xét : Khi 22 0 L x R C ≤ ⇒ ≤ thì Amin khi x = 0 do A làm hàm số bậc 2 có hệ số 2 1 0a C = > nên hàm số có cực tiểu ở phần âm, do đó x = 0 làm cho Amin trong miền xác định của x. Khi đó ω rất lớn làm cho ZL rất lớn làm cho I = 0. Do đó không thể tìm giá trị ω làm cho ULmax 5. Giá trị ω làm cho hiệu điện thế Ucmax - Tương tự như cách làm trên ta cũng thu được kết quả tương tự khi thay đổi giá trị ω làm cho UCmax là: - Khi 2 1 2 L R L C ω = − thì ax 2 2 2 . 4 CM U L U R LC R C = − với 22L R C > Trang 12