Các phân tử phi tuyến trong mạch điện – Giáo Án, Bài Giảng

Những khó khăn vất vả lớn nhất so với những thí sinh trong những kỳ thi học viên giỏi là những bài tập về điện trong đó xuất hiện những thành phần phi tuyến. Đó là những thành phần có đường đặc trưng vôn – ampe, tức đồ thị miêu tả sự nhờ vào của điện áp U hai đầu thành phần đó vào cường độ dòng điện I đi qua nó – không phải là đường thẳng đi qua gốc toạ độ .Một ví dụ nổi bật về thành phần phi tuyến và cũng là thành phần thường gặp nhất trong những bài tập là một điôt lý tưởng. Khi người ta đặt một điện áp ngược với bất kể độ lớn bằng bao nhiêu lên thành phần này thì không có dòng điện đi qua điôt và ta nói điôt bị đóng. Trong trường hợp đó điện trở của điôt bằng vô cùng – trường hợp này tương tự với sự ngắt mạch. Trong trường hợp điện áp đặt vào là thuận, điện trở của điôt bằng không và nó không có tác động ảnh hưởng gì đến dòng điện đi qua nó .

 

5 trang

| Chia sẻ : maiphuongtl| Lượt xem : 5659

| Lượt tải: 7

Bạn đang xem nội dung tài liệu Các phân tử phi tuyến trong mạch điện, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

CHUYÊN ĐỀ / TRAO ĐỔI CÁC PHÂN TỬ PHI TUYẾN TRONG MẠCH ĐIỆN Nguyễn Xuân Quang Những khó khăn vất vả lớn nhất so với những thí sinh trong những kỳ thi học viên giỏi là những bài tập về điện trong đó xuất hiện những thành phần phi tuyến. Đó là những thành phần có đường đặc trưng vôn – ampe, tức đồ thị miêu tả sự phụ thuộc vào của điện áp U hai đầu thành phần đó vào cường độ dòng điện I đi qua nó – không phải là đường thẳng đi qua gốc toạ độ. Một ví dụ nổi bật về thành phần phi tuyến và cũng là thành phần thường gặp nhất trong những bài tập là một điôt lý tưởng. Khi người ta đặt một điện áp ngược với bất kể độ lớn bằng bao nhiêu lên thành phần này thì không có dòng điện đi qua điôt và ta nói điôt bị đóng. Trong trường hợp đó điện trở của điôt bằng vô cùng – trường hợp này tương tự với sự ngắt mạch. Trong trường hợp điện áp đặt vào là thuận, điện trở của điôt bằng không và nó không có ảnh hưởng tác động gì đến dòng điện đi qua nó. Một loại thành phần phi tuyến khác là những điện trở phụ thuộc vào vào cường độ dòng điện đi qua nó. Ví dụ, dây tóc của những bóng đèn điện : theo sự tăng của cường độ dòng điện qua dây này mà nhiệt độ và do đó cả điện trở của nó cũng tăng lên. Một thành phần phi tuyến nữa là những dụng cụ trong đó xảy ra sự phóng điện, ví dụ những đèn chứa đầy khí, những đèn tiratron và những linh phụ kiện vô tuyến khác. Ngoài ra, thành phần phi tuyến hoàn toàn có thể là : cuộn dây có lõi sắt ( do hiện tượng kỳ lạ từ trễ ), tụ điện có xecnhec ( hiệu ứng áp điện ), v.v. Để giải những bài toán có thành phần phi tuyến người ta thường dùng những chiêu thức sau : giải pháp đồ thị, chiêu thức số, chiêu thức màn biểu diễn gần đúng bằng hàm giải tích. Dưới đây tất cả chúng ta sẽ xét một số ít mạch điện đơn cử có chứa những thành phần phi tuyến. Ví dụ 1. Trên hình 1 là đường đặc trưng vôn-ampe của một thành phần phi tuyến nào đó. Trước điện áp U0 = 100V, không có dòng điện đi qua thành phần này, nhưng sau đó cường độ dòng điện tăng tuyến tính theo hiệu điện thế ( h. đ. t. ). Khi mắc thành phần này vào một nguồn điện có suất điện động không đổi và điện trở trong r = 25W thì cường độ dóng điện đi qua nó là I1 = 2 mA, nhưng khi mắc nó với cùng nguồn điện đó nhưng qua một tải có điện trở R = r thì dòng qua nó là I2 = 1 mA. Hãy xác lập suất điện động của nguồn điện. I, mA 0 U, V Uo Giải : Dựa vào đường đặc trưng vôn-ampe ta thấy dòng điện I chạy qua thành phần phi tuyến này phụ thuộc vào vào h. đ. t. U giữa hai đầu thành phần : khi 0 U0 thì I = a ( U – U0 ) với a = DI / DU = const. Khi mắc phân tử phi tuyến trên vào nguồn điện có s. đ. đ. E và điện trở trong r, cường độ dòng điện trong mạch là I1, ta có : ( 1 ) Khi mắc thành phần này vào nguồn điện nhưng qua một tải có điện trở R = r thì dòng điện trong mạch là I2, ta có : ( 2 ) Từ ( 1 ) và ( 2 ) suy ra : Thay số ta được : E = 150V. Ví dụ 2. Cho một mạch điện như hình 2, X là một thành phần phi tuyến mà cường độ dòng điện đi qua nó nhờ vào h. đ. t. hai đầu thành phần theo công thức : với a = 0,25 A / V3. Hãy tính hiệu suất toả ra trên X, khi dòng qua điện kế G bằng không. Biết rằng R1 = 2W, R2 = 4W và R3 = 1W. Giải : Gọi U là h. đ. t. hai đầu mạch điện, U2 là h. đ. t. hai đầu điện trở R2, ta có : Khi điện kế G chỉ số 0 thì h. đ. t. giữa hai đầu thành phần phi tuyến X bằng h. đ. t. hai đầu R2 : UX = U2. Ta cũng có : U1 = U3 = Cường độ dòng điện chạy qua X là : Theo bài ra : nên ta có : Từ đó rút ra : ( 1 ) Công suất toả ra trên X là : ( 2 ) Từ ( 1 ) và ( 2 ) ta được : Thay số ta được PX = 1W. Vi dụ 3. Trong mạch điện trên hình 3, tụ điện có điện dung C = 100 mF được tích điện đến U0 = 5V và được nối điện trở R = 100W qua điôt D. Đường đặc trưng vôn-ampe của điôt như hình vẽ. Ở thời gian bắt đầu, khoá K mở. Sau đó đóng K. Xác định cường độ dòng điện trong mạch ngay sau khi đóng K. Tính h. đ. t trên tụ điện khi dòng điện trong mạch bằng 10 mA. Tính lượng nhiệt toả ra trên điôt sau khi đóng khoá K. Giải : Ngay sau khi đóng khoá, h. đ. t. trên tụ vẫn còn chưa đổi khác cả về độ lớn và dấu. Giả thiết rằng dòng điện khởi đầu I0 trong mạch lớn hơn 10 mA. Định luật Ôm so với mạch kín tại thời gian đó có dạng : trong đó Ud là h. đ. t. hai đầu điôt ( Ud = 1V ). Thay số vào ta được : Vì giá trị nhận được của dòng điện lớn hơn 10 mA, nên giả thiết của tất cả chúng ta là đúng. Sau khi đóng khoá, tụ điện sẽ phóng điện, còn dòng điện trong mạch sẽ giảm. Khi dòng giảm tới giá trị I1 = 10 mA, vận dụng định luật Ôm ta tìm được h. đ. t. UC giữa hai bản tụ : Từ thời gian đóng khoá cho tới khi tụ phóng hết điện, điôt sẽ p73 hai chính sách : khi dòng điện trong mạch biến thiên từ I0 = 40 mA đến I1 = 10 mA và khi dòng điện giảm từ I1 = 10 mA đến 0. Trong chính sách thứ nhất, h. đ. t. trên điôt không đổi và bằng Ud = 1V, còn đ. đ. t trên tụ giảm từ U0 = 5V đến UC = 2V. Trong thời hạn đó, điện lượng chạy qua điôt là : và nhiệt lượng toả ra trên điôt là : Trong chính sách thứ hai, điôt hoạt động giải trí như một điện trở Rd = Ud / I1 = 100W. Sau khi kết thúc chính sách thứ nhất, h. đ. t. trên tụ bằng UC = 2V và nguồn năng lượng còn lại của điện trường trong tụ là : Vì điện trở Rd của điôt bằng điện trở R, nên nguồn năng lượng toả ra trên điôt và trên R là như nhau. Do đó, nhiệt lượng toả ra trên điôt ở chính sách thứ hai bằng : Vậy nhiệt lượng toả ra trên sau khi đóng khoá bằng : Ví dụ 4. Cho mạch điện như hình vẽ, những đại lượng trên hình đã biết. Đ là điôt lý tưởng. Khoá K đóng trong thời hạn t rồi ngắt. Ở thời gian khoá K ngắt, dòng điện trong cuộn cảm là I0. Sau bao lâu kể từ khi ngắt khoá K, dòng điện trong cuộn cảm đạt giá trị cực lớn, biết giá trị đó bằng 2I0. Vẽ đồ thị màn biểu diễn sự nhờ vào của cường độ dòng điện qua cuộn cảm vào thời hạn ( lấy t = 0 lúc ngắt khoá K ). Giải : a ) Trong thời hạn t, dòng qua cuộn cảm tăng tuyến tính theo thời hạn, nên ta có E = LI0 / t ( 1 ). Lúc t = 0, dòng điện trong cuộn cảm bằng I0, điện tích của tụ điện q0 = EC, hiệu điện thế U giữa A và B dương, nên điôt Đ đóng, trong mạch khởi đầu xảy ra giao động. Khi dòng điện trong cuộn cảm cực lớn, thì điện tích của tụ điện bằng 0. Áp dụng định luật bảo toàn nguồn năng lượng, ta có : Suy ra : ( 2 ) Từ ( 1 ) và ( 2 ), ta được : ( 3 ) Mặt khác, trong đó iL là dòng điện đi qua cuộn cảm. Từ phương trình trên suy ra : Như đã biết, phương trình này có nghiệm là : q = Q0sin ( wt + j ) với và iL = – q ’ = – Q0wcos ( wt + j ) với wQ0 = 2I0. Khi t = 0, q = EC = Q0sinj = 2I0 ( sinj ) / w iL = I0 = – 2I0 cosj Suy ra : j = 2 p / 3. Do đó biểu thức của dòng điện qua cuộn cảm là : iL = – Q0wcos ( wt + 2 p / 3 ) = Q0wcos ( wt – p / 3 ). Như vậy, iL cực lớn khi : cos ( wt – p / 3 ) = 1, suy ra : ( 4 ). Từ ( 3 ) và ( 4 ), ta được :. Vậy sau thời hạn 1,814 t, kể từ khi ngắt khoá K, thì dòng điện trong cuộn cảm đạt cực lớn. b ) + Khi, thì iL = 2I0 wcos ( wt – p / 3 ) + Khi, thì điện tích q của tụ bằng 0 và U = 0, điôt Đ khởi đầu mở. Kể từ thời gian này dòng điện không đổi, chỉ đi qua cuộn cảm và điôt Đ. Đồ thị trình diễn sự phụ thuộc vào của iL vào t, xin dành cho bạn đọc tự vẽ. Bài tập Cho mạch điện như trong Ví dụ 2, nhưng giờ đây sự phụ thuộc vào của cường độ dòng điện IX vào hiệu điện thế UX có dạng và những điện trở R1 = R3 = 2W, R2 = 4W. Với giá trị nào của hằng số a, hiệu suất toả ra trên X bằng PX = 1W trong trường hợp cầu cân đối ( tức điện kế chỉ số 0 ). ĐS : Cho mạch điện như hình vẽ, khoá K đóng trong thời hạn t, rồi sau đó ngắt. Tại thời gian ngắt K cường độ đòng điện qua cuộn dây là I0. Hỏi qua thời hạn bao lâu sau khi ngắt K cường độ dòng điện qua cuộn dây đạt giá trị cực đại bằng 2I0 ? Dựng đồ thị màn biểu diễn sự phụ thuộc vào của cường độ dòng điện trong cuộn dây theo thời hạn, mở màn từ thời gian đóng khoá K. Bỏ qua điện trở thuần trong mạch điện đã cho. ĐS : * * Bạn đọc tự vẽ đồ thị g
File đính kèm :

• phantuphituyen.doc

Source: https://thomaygiat.com
Category : Điện Tử