Bài III.16 trang 51 SBT Vật Lí 12

Đề bài

Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng không đổi, tần số \(50Hz\) vào hai đầu một đoạn mạch mắc nối tiếp gồm điện trở thuần \(R\), cuộn cảm thuần có độ tự cảm \(L\) và tụ điện có điện dung \(C\) thay đổi được. Điều chỉnh điện dung \(C\) đến giá trị \(\dfrac{{{{10}^{ - 4}}}}{{4\pi }}(F)\) và \(\dfrac{{{{10}^{ - 4}}}}{{2\pi }}(F)\) thì công suất tiêu thụ trên đoạn mạch đều có giá trị bằng nhau. Giá trị của \(L\) bằng bao nhiêu?

Lời giải chi tiết

Tần số góc \(\omega  = 2\pi f = 100\pi (rad/s)\)

Dung kháng \({Z_{{C_1}}} = \dfrac{1}{{{C_1}\omega }} = \dfrac{1}{{\dfrac{{{{10}^{ - 4}}}}{{4\pi }}.100\pi }} = 400(\Omega )\)

\({Z_{{C_2}}} = \dfrac{1}{{{C_2}\omega }} = \dfrac{1}{{\dfrac{{{{10}^{ - 4}}}}{{2\pi }}.100\pi }} = 200(\Omega )\)

Công suất trên đoạn mạch hai trường hợp bằng nhau:

\(\begin{array}{l}{P_1} = {P_2}\\ \Leftrightarrow I_1^2R = I_2^2R\\ \Leftrightarrow {I_1} = {I_2}\\ \Leftrightarrow {Z_1} = {Z_2}\end{array}\)

\(\begin{array}{l}\sqrt {{R^2} + {{({Z_L} - {Z_{{C_1}}})}^2}}  = \sqrt {{R^2} + {{({Z_L} - {Z_{{C_2}}})}^2}} \\ \Rightarrow 2{Z_L} = {Z_{{C_1}}} + {Z_{{C_2}}}\\ \Leftrightarrow {Z_L} = \dfrac{{{Z_{{C_1}}} + {Z_{{C_2}}}}}{2} = \dfrac{{400 + 200}}{2} = 300\Omega \end{array}\)

\( \Rightarrow L = \dfrac{{{Z_L}}}{\omega } = \dfrac{{300}}{{100\pi }} = \dfrac{3}{\pi }H\)