Để xác định linh kiện chứa trong một hộp X, người ta mắc đoạn mạch AB

* Hướng dẫn giải

Tốc độ của roto là: 300 vòng/phút = 5 (vòng/s) 

Tần số của máy phát điện là: 

\({{f}_{1}}=p{{n}_{1}}=10.5=50(~\text{Hz})\Rightarrow {{\omega }_{1}}=2\pi {{f}_{1}}=100\pi (\text{rad}/\text{s})\)

Từ đồ thị hình 2 ta thấy u_p và u_m cùng pha → trong mạch xảy ra cộng hưởng → hộp X chứa hai phần tử: tụ điện và cuộn dây 

Khi xảy ra cộng hưởng, ta thấy: \({{U}_{02m}}=240\sqrt{2}(V)\Rightarrow {{U}_{2m}}=240(V)\)

Từ đồ thị hình 1, ta thấy pha ban đầu của u_m và u_p là: 

\(\left\{ \begin{array}{*{35}{l}} {{\varphi }_{1m}}=-\frac{\pi }{2}(\text{rad});{{U}_{01~\text{m}}}=120\sqrt{2}\Rightarrow {{U}_{1~\text{m}}}=120(~\text{V}) \\ {{\varphi }_{1p}}=-\frac{\pi }{4}(\text{rad})\Rightarrow {{\varphi }_{1i}}=-\frac{\pi }{4}(\text{rad});{{U}_{01p}}=100(~\text{V})\Rightarrow {{U}_{1p}}=50\sqrt{2}(~\text{V}) \\ \end{array} \right.\)

Suất điện động cực đại của máy phát điện là: 

\({{E}_{0}}={{U}_{0m}}=\omega N{{\Phi }_{0}}\Rightarrow {{U}_{0m}}\sim\omega \)

\(\Rightarrow \frac{{{U}_{01m}}}{{{U}_{02m}}}=\frac{{{\omega }_{1}}}{{{\omega }_{2}}}\Rightarrow \frac{{{\omega }_{1}}}{{{\omega }_{2}}}=\frac{120\sqrt{2}}{240\sqrt{2}}=\frac{1}{2}\)

Với \({{\omega }_{1}}=\frac{{{\omega }_{2}}}{2}\Rightarrow \left\{ \begin{array}{*{35}{l}} {{Z}_{L1}}=\frac{{{Z}_{L2}}}{2} \\ {{Z}_{C1}}=2{{Z}_{C2}}=2{{Z}_{L2}} \\ \end{array}\Rightarrow {{Z}_{C1}}=4{{Z}_{L1}} \right.\)

Độ lệch pha giữa điện áp hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện là:

\(\cos \varphi =\cos \left( {{\varphi }_{1m}}-{{\varphi }_{1i}} \right)=\frac{R+r}{\sqrt{{{(R+r)}^{2}}+{{\left( {{Z}_{L1}}-{{Z}_{C1}} \right)}^{2}}}}\)

\(\Rightarrow \frac{R+r}{\sqrt{{{(R+r)}^{2}}+{{\left( {{Z}_{L1}}-{{Z}_{C1}} \right)}^{2}}}}=\cos \left( -\frac{\pi }{4} \right)=\frac{\sqrt{2}}{2}\)

\(\Rightarrow {{(R+r)}^{2}}=2\left( {{(R+r)}^{2}}+{{\left( {{Z}_{L1}}-{{Z}_{C1}} \right)}^{2}} \right)\)

\(\Rightarrow {{(R+r)}^{2}}={{\left( {{Z}_{L1}}-{{Z}_{C1}} \right)}^{2}}\Rightarrow R+r=\left| {{Z}_{L1}}-{{Z}_{C1}} \right|=3{{Z}_{L1}}\)

Ta có tỉ số:

\(\frac{{{U}_{1m}}}{{{U}_{1p}}}=\frac{\sqrt{{{(R+r)}^{2}}+{{\left( {{Z}_{L1}}-{{Z}_{C1}} \right)}^{2}}}}{R}=\frac{120}{50\sqrt{2}}=\frac{6\sqrt{2}}{5}\)

\(\Rightarrow 25\left( {{(R+r)}^{2}}+{{\left( {{Z}_{L1}}-{{Z}_{C1}} \right)}^{2}} \right)=72{{R}^{2}}\Rightarrow 25\left( 2\cdot {{\left( {{Z}_{L1}}-{{Z}_{C1}} \right)}^{2}} \right)=72{{R}^{2}}\)

\(\Rightarrow {{\left( {{Z}_{L1}}-{{Z}_{C1}} \right)}^{2}}=\frac{36}{25}{{R}^{2}}\Rightarrow 9Z_{L1}^{2}=\frac{36}{25}{{R}^{2}}\)

\(\Rightarrow \left\{ \begin{array}{*{35}{l}} {{Z}_{L1}}=\frac{2}{5}R=20(\Omega )\Rightarrow L=\frac{{{Z}_{L1}}}{{{\omega }_{1}}}\approx 0,064(H)=64(\text{mH}) \\ {{Z}_{C1}}=4{{Z}_{L1}}=80(\Omega )\Rightarrow C=\frac{1}{{{\omega }_{1}}{{Z}_{C1}}}\approx {{40.10}^{-6}}(F)=40(\mu F) \\ r=3{{Z}_{L1}}-R=10(\Omega ) \\ \end{array} \right.\)