Điều kiện cân bằng của cầu Wheatstone đo tổng trở là:

Nếu 2 nhánh liên tiếp nhau của cầu đo tổng trở là điện trở, để cầu được cân bằng thì 2 nhánh còn lại:

Lời giải:

Đáp án đúng: B

Để một cầu đo tổng trở xoay chiều (AC bridge) được cân bằng, cả điều kiện về biên độ và điều kiện về pha của các nhánh cầu phải được thỏa mãn. Điều kiện cân bằng chung cho một cầu đo tổng trở có thể được biểu diễn qua tích hoặc tỉ số của các tổng trở. Nếu các nhánh được ký hiệu là Z1, Z2, Z3, Z4 (theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều), điều kiện cân bằng là Z1.Z3 = Z2.Z4 (hoặc Z1/Z2 = Z4/Z3 tùy cách sắp xếp).

Xét điều kiện về pha: Lấy argument (góc pha) của cả hai vế phương trình cân bằng:
Arg(Z1.Z3) = Arg(Z2.Z4)
Arg(Z1) + Arg(Z3) = Arg(Z2) + Arg(Z4)

Theo đề bài, 2 nhánh liên tiếp nhau của cầu là điện trở. Giả sử hai nhánh đó là Z1 và Z2. Vì chúng là điện trở thuần, nên góc pha của chúng bằng 0 (Arg(Z1) = 0 và Arg(Z2) = 0).

Thay vào điều kiện pha, ta có:
0 + Arg(Z3) = 0 + Arg(Z4)
=> Arg(Z3) = Arg(Z4)

Điều này có nghĩa là hai nhánh còn lại (Z3 và Z4) phải có cùng góc pha. Nếu hai tổng trở có cùng góc pha, chúng phải có 'cùng tính chất' về thành phần điện kháng. Tức là, nếu một nhánh là cảm kháng, nhánh kia cũng phải là cảm kháng (với cùng góc pha). Nếu một nhánh là dung kháng, nhánh kia cũng phải là dung kháng (với cùng góc pha). Nếu một nhánh là điện trở thuần, nhánh kia cũng phải là điện trở thuần. Vì vậy, lựa chọn 'Cùng tính chất' là đáp án bao quát và chính xác nhất.

Phân tích các phương án khác:
* Là điện trở: Đây là một trường hợp riêng của 'cùng tính chất'. Nếu cả Z3 và Z4 đều là điện trở, thì chúng có cùng góc pha (bằng 0), do đó cầu có thể cân bằng. Tuy nhiên, chúng không nhất thiết phải là điện trở. Chúng có thể là cảm kháng hoặc dung kháng, miễn là chúng có cùng tính chất với nhau.
* Có tính chất cảm: Đây là một trường hợp quá cụ thể. Chúng có thể là cảm kháng, nhưng cũng có thể là dung kháng hoặc điện trở.
* Tất cả đều đúng: Sai, vì phương án 'Có tính chất cảm' không phải lúc nào cũng đúng.

Do đó, để cầu cân bằng khi hai nhánh liên tiếp là điện trở, hai nhánh còn lại phải 'Cùng tính chất' (có cùng góc pha).

Câu 17:

Nếu 2 nhánh đối nhau của cầu đo tổng trở là điện trở, để cầu được cân bằng thì 2 nhánh còn lại:

Lời giải:

Đáp án đúng: C

Trong cầu đo tổng trở (cầu xoay chiều), điều kiện cân bằng là:

\frac{Z_1}{Z_2} = \frac{Z_3}{Z_4}Z2Z1

Nếu hai nhánh đối nhau là điện trở thuần (R) thì để thỏa mãn điều kiện cân bằng về cả biên độ và góc pha, hai nhánh còn lại phải có tính chất ngược nhau (một nhánh mang tính cảm kháng, nhánh kia mang tính dung kháng hoặc được bù sao cho góc pha triệt tiêu).

Phân tích các đáp án:

❌ A. Là điện cảm → Chỉ điện cảm thì không đảm bảo điều kiện cân bằng.

❌ B. Là điện dung → Chỉ điện dung cũng không đảm bảo.

✅ C. Có tính chất ngược nhau → Đúng.

❌ D. Tất cả đều sai → Sai.

⇒ Đáp án: C. Có tính chất ngược nhau.

Câu 18:

Khi đo điện dung của tụ dùng cầu cân bằng thì sai số của phép đo phụ thuộc vào:

Lời giải:

Đáp án đúng: D

Khi đo điện dung bằng cầu cân bằng (cầu Schering hoặc các cầu đo điện dung):

Khi cầu đã cân bằng, kết quả đo không phụ thuộc vào điện áp nguồn, tần số nguồn (đối với cầu được thiết kế phù hợp) hay nội trở của điện kế.

Độ chính xác của phép đo chủ yếu phụ thuộc vào độ chính xác của các phần tử mẫu, đặc biệt là:

Các điện trở chuẩn.

Điện dung chuẩn.

Phân tích các đáp án:

❌ A. Điện áp nguồn → Không ảnh hưởng khi cầu đã cân bằng.

❌ B. Tần số nguồn → Không phải yếu tố quyết định trong điều kiện cầu cân bằng chuẩn.

❌ C. Nội trở điện kế → Chỉ ảnh hưởng đến độ nhạy phát hiện cân bằng, không quyết định độ chính xác của kết quả.

✅ D. Độ chính xác các điện trở và điện dung mẫu → Đúng.

⇒ Đáp án: D. Độ chính xác các điện trở và điện dung mẫu.

Câu 19:

Khi đo điện cảm dùng cầu cân bằng thì sai số của phép đo phụ thuộc vào:

Lời giải:

Đáp án đúng: D

Khi đo điện cảm bằng cầu cân bằng (như cầu Maxwell, cầu Hay, cầu Owen,...):

Sau khi cầu đạt trạng thái cân bằng, kết quả đo được xác định bởi các phần tử chuẩn trong cầu.

Vì vậy, sai số của phép đo chủ yếu phụ thuộc vào độ chính xác của các điện trở chuẩn và điện cảm mẫu.

Phân tích các đáp án:

❌ A. Điện áp nguồn → Không ảnh hưởng đến kết quả khi cầu đã cân bằng.

❌ B. Tần số nguồn → Trong điều kiện làm việc đúng của cầu, không phải yếu tố quyết định sai số chính.

❌ C. Nội trở điện kế → Chỉ ảnh hưởng đến độ nhạy phát hiện điểm cân bằng.

✅ D. Độ chính xác các điện trở và điện cảm mẫu → Đúng.

⇒ Đáp án: D. Độ chính xác các điện trở và điện cảm mẫu.

Câu 20:

Khi đo công suất tiêu thụ dòng watt kế điện động tác dụng dạng mắc sau thì sai số của phép đo chủ yếu đo:

Lời giải:

Đáp án đúng: A

Khi đo công suất tiêu thụ bằng watt kế điện động tác dụng ở dạng mắc sau (còn gọi là nối tiếp dài), cuộn dòng điện của watt kế được nối tiếp với tải. Cuộn điện áp được nối song song với cả cuộn dòng điện và tải.

Trong cách mắc này:
* Dòng điện qua cuộn dòng điện chính là dòng điện chạy qua tải (I_tải).
* Điện áp mà cuộn điện áp đo được là tổng điện áp trên tải (U_tải) và điện áp rơi trên cuộn dòng điện (U_cuộn_dòng).

Vì vậy, công suất hiển thị trên watt kế (P_đo) sẽ là:
P_đo = U_đo * I_tải = (U_tải + U_cuộn_dòng) * I_tải = U_tải * I_tải + U_cuộn_dòng * I_tải.

Trong đó:
* U_tải * I_tải là công suất thực tế mà tải tiêu thụ (P_thực).
* U_cuộn_dòng * I_tải chính là công suất tiêu thụ của cuộn dòng điện (P_cuộn_dòng) của chính watt kế.

Như vậy, P_đo = P_thực + P_cuộn_dòng. Sai số của phép đo trong trường hợp này chính là do công suất tiêu thụ của cuộn dòng điện bị cộng thêm vào giá trị đo được, làm cho giá trị đo được lớn hơn giá trị thực. Do đó, sai số chủ yếu là do cuộn dòng điện.

Câu 21:

Đối với watt kế điện động tác dụng 1 pha, nếu công suất tải tăng lên 2 lần thì góc quay:

Lời giải: