Tech12 xin gửi tới các bạn Chuyên đề vật lý 9: Truyền tải điện năng - Máy biến thế. Bài học cung cấp cho các bạn tổng quan kiến thức, phương pháp giải và các bài tập liên quan. Hi vọng nội dung bài học sẽ giúp các bạn hoàn thiện và nâng cao kiến thức để hoàn thành mục tiêu của mình.
NỘI DUNG TRẮC NGHIỆM
1. Truyền tải điện năng đi xa
- Khi truyền tải điện năng đi xa bằng đường dây dẫn sẽ có một phần điện năng hao phí do hiện tượng tỏa nhiệt trên đường dây.
- Công suất hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây dẫn tỉ lệ nghịch với bình phương hiệu điện thế đặt vào hai đầu dây dẫn.
$P_{hp}=R.\frac{P^{2}}{U^{2}}$
- Để giảm hao phí trên đường dây truyền tải điện năng đi xa ta có các phương án sau:
+ Tăng tiết diện dây dẫn [tốn kém]
+ Chọn dây có điện trở suất nhỏ [tốn kém]
+ Tăng hiệu điện thế [thường dùng]
- Khi truyền tải điện năng đi xa phương án làm giảm hao phí hữu hiệu nhất là tăng hiệu điện thế đặt vào hai đầu dây dẫn bằng các máy biến thế.
2. Máy biến thế
- Khi đặt một hiệu điện thế xoay chiều vào hai đầu cuộn dây sơ cấp của một máy biến thế thì ở hai đầu của cuộn dây thứ cấp xuất hiện một hiệu điện thế xoay chiều.
- Không thể dùng dòng điện một chiều không đổi [dòng điện một chiều] để chạy máy biến thế được.
- Tỉ số hiệu điện thế ở hai đầu các cuộn dây của máy biến thế bằng tỉ số giữa số vòng của các cuộn dây đó.
Gọi n1, U1 và n2, U2 lần lượt là số vòng dây và hiệu điện thế của cuộn sơ cấp và thứ cấp
$\frac{U_{1}}{U_{2}}=\frac{n_{1}}{n_{2}}$
- Nếu số vòng dây ở cuộn sơ cấp [đầu vào] lớn hơn số vòng dây ở cuộn thứ cấp [đầu ra] máy gọi là máy hạ thế. Nếu số vòng dây ở cuộn sơ cấp nhỏ hơn số vòng dây ở cuộn thứ cấp thì gọi là máy tăng thế.
- Ở 2 đầu đường dây tải điện về phía nhà máy điện đặt máy tăng thế để giảm hao phí về nhiệt trên đường dây tải, ở nơi tiêu thụ đặt máy hạ thế xuống bằng HĐT định mức của các dụng cụ tiệu thụ điện
II. Phương pháp giải
- Giải thích sự hao phí điện năng trên đường dây truyền tải điện
- Dựa vào tác dụng nhiệt của dòng điện: Khi dòng điện chạy trong dây dẫn, nó sẽ làm cho dây dẫn nóng lên, một phần điện năng đã bị hao phí do chuyển hóa thành nhiệt năng tỏa ra môi trường xung quanh.
Bài 1: Cuộn sơ cấp của máy biến thế có 500 vòng dây.
a, Muốn tăng hiệu điện thế lên ba lần thì cuộn thứ cấp phải cuốn bao nhiêu vòng?
b, Có thể dùng máy biến thế này để hạ thế được không? Hạ bao nhiêu lần?
Bài 2: Đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp của một máy biến áp lí tưởng một điện áp xoay chiều có giá trị không đổi thì hiệu điện thế giữa hai đầu mạch thứ cấp là 100V. Ở cuộn sơ cấp, khi ta giảm bớt đi n vòng dây thì hiệu điện thế giữa hai đầu mạch thứ cấp là U; nếu tăng n vòng dây ở cuộn sơ cấp thì hiệu điện thế giữa hai đầu mạch thứ cấp là 0,5U. Tính giá trị U.
Bài 3: Một người định cuốn một biến thế từ hiệu điên thế U1 = 110V lên 220V, với số vòng các cuộn ứng với 1,2 vòng/Vôn. Người đó cuốn đúng hoàn toàn cuộn thứ cấp nhưng lại cuốn ngược chiều những vòng cuối của cuộn sơ cấp. Do đó, khi hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn sơ cấp là 110V thì hiệu điện thế ở hai đầu cuộn thứ cấp đo được U2 = 264V. Số vòng dây bị cuốn ngược là bao nhiêu?
Bài 4: Có hai đường dây tải điện tải đi cùng một công suất điện với dây dẫn cùng tiết diện, làm cùng bằng một chất. Đường dây thứ nhất có chiều dài 100 km và hiệu điện thế ở hai đầu dây là 100 000kV. Đường dây thứ hai có chiều dài 200 km và hiệu điện thế 200000 kV. So sánh công suất hao phí vì toả nhiệt Php1 và Php2 của hai đường dây?
Bài 5: Người ta truyền tải điện năng từ A đến B, ở A dùng một máy tăng thế và ở B dùng hạ thế, dây dẫn từ A đến B có điện trở 40Ω. Cường độ dòng điện trên dây là 50A, công suất hao phí trên dây bằng 5% công suất tiêu thụ ở B và hiệu điện thế ở hai đầu cuộn thứ cấp của mấy hạ thế là 220V. Biết dòng điện và hiệu thế luôn cùng pha và bỏ qua hao phí trên máy biến thế. Tính tỉ số biến đổi của máy hạ thế.
Bài 6: Từ nhà máy phát điện người ta truyền công suất điện đến nơi tiêu thụ thì hiệu suất truyền tải điện năng là 50%. Nếu sử dụng máy biến thế có tỷ số k = 5 để tăng điện thế truyền tải đồng thời tăng tiết diện dây dẫn lên thêm 2 lần thì hiệu suất điện truyền truyền tải là bao nhiêu?
Bài 7: Một nhà máy phát điện gồm 2 tổ máy có cùng công suất P hoạt động đồng thời. Điện sản xuất được đưa lên đường dây và truyền đến nơi tiêu thụ với hiệu suất truyền tải là 70%. Hỏi khi một tổ máy ngừng hoạt động, tổ máy còn lại hoạt động bình thường thì hiệu suất truyền tải bây giờ là bao nhiêu?
chuyên đề vật lý 9, các dạng bài tập vật lý 9, vật lý 9 dạng bài tập Truyền tải điện năng, Máy biến thế
Chọn phát biểu đúng.Khi truyền tải điện năng đi xa bằng đường dây dẫn
Biểu thức nào sau đây tính công suất của dòng điện:
Biểu thức tính công suất hao phí [công suất tỏa nhiệt]:
Chọn phát biểu đúng khi nói về công suất hao phí trên đường dây tải điện:
Có mấy cách để giảm hao phí trên đường dây truyền tải điện năng đi xa
Tại sao biện pháp giảm điện trở của đường dây tải điện lại gây tốn kém?
Phương án làm giảm hao phí hữu hiệu nhất là:
Khi truyền tải điện năng, ở nơi truyền đi người ta cần lắp
Hướng dẫn cách tính hao phí khi truyền tải điện năng đi xa
Hướng dẫn cách tính hao phí khi truyền tải điện năng đi xa
BÀI TẬP TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA
A: LÝ THUYẾT CẦN LƯU Ý
- Hao phí điện năng trên đường dây truyền tải điện
- Khi truyền tải điện năng đi xa bằng đường dây dẫn sẽ có một phần điện năng hao phí do hiện tượng tỏa nhiệt trên đường dây.
- Công suất hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây tải điện tỉ lệ nghịch với bình phương hiệu điện thế đặt vào hai đầu đường dây.
\[{{P}_{hp}}=\frac{{{P}^{2}}R}{{{U}^{2}}}\]
Trong đó: P là công suất điện cần truyền đi
R là điện trở của đường dây ải điện
U là hiệu điện thế đặt vào hai đầu đường dây
Php là công suất hao phí
- Biện pháp làm giảm hao phí điện năng trên đường dây truyền tải điện
Để giảm điện năng do tỏa nhiệt trên đường dây tải điện thì tốt nhất là tăng hiệu điện thế đặt vào hai đầu đường dây.
B: BÀI TẬP
| Bài 1: Từ công thức tính công suất hao phí trên đường dây \[{{P}_{hp}}=\frac{{{P}^{2}}R}{{{U}^{2}}}\] có thể suy ra khi truyền tải một công suất điện P xác định mà muốn giảm hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây dẫn thì có thể có những cách làm nào? |
Hướng dẫn
Về nguyên tắc sẽ có 3 cách giảm hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây dẫn:
- Giữ nguyên hiệu điện thế U, giảm điện trở R
- Giữ nguyên điện trở R, tăng hiệu điện thế U
- Vừa giảm điện trở R vừa tăng hiệu điện thế U
Trong thực tế người ta thường sử dụng cách thứ 2
| Bài 2: Nếu tăng hiệu điện thế ở hai đầu đường dây thì có bất lợi gì? Muốn vậy, chúng ta phải giải quyết vấn đề gì? |
Hướng dẫn
- Theo công thức tính công suất hao phí trên đường dây \[{{P}_{hp}}=\frac{{{P}^{2}}R}{{{U}^{2}}}\], nếu tăng hiệu điện thế u thì công suất hao phí sẽ giảm đi rất nhiều.
- Cách làm này đòi hỏi chúng ta phải chế tạo máy để tăng hiệu điện thế.
| Bài 3: Cùng một công suất điện P được tải đi trên cùng một dây dẫn. Hãy so sánh công suất hao phí khi dùng hiệu điện thế 500 000 V với khi dùng hiệu điện thế 100 000 V? |
Hướng dẫn
Công suất hao phí trên đường dây tỉ lệ nghịch với bình phương hiệu điện thế U
Hiệu điện thế tăng \[\frac{500000}{100000}=5\]nên công suất hao phí giảm 52 = 25 lần
| Bài 4: Đường dây tải điện Bắc-Nam của nước ta có hiệu điện thế 500 000 V. Đường dây dẫn điện từ huyện đến xã có hiệu điện thế 15 000V. Đó là những đường dây cao thế. Ở gần đường dây cao thế rất nguy hiểm. Các dụng cụ điện trong nhà lại chỉ cần hiệu điện thế 220V. Vậy tại sao phải xây dựng đường dây cao thế vừa tốn kém, vừa nguy hiểm? |
Hướng dẫn
Việc xây dựng đường dây cao thế tuy có tốn kém và nguy hiểm nhưng giảm được rất nhiều điện năng hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây. Nếu thực hiện tốt các biện pháp án toàn điện thì chúng ta hoàn toàn có thể tránh được nguy hiểm do đường dây cao thế gây ra.
| Bài 5: Hãy chứng minh rằng khi truyền tải điện năng đi xa, công suất hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây dẫn tỉ lệ nghịch với bình phương hiệu điện thế đặt vào hai đầu đường dây dẫn. |
Hướng dẫn
Nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn trong thời gian t là:
\[Q={{I}^{2}}Rt\]
Công suất hao phí trên đường dây do tỏa nhiệt là:
\[{{P}_{hp}}=\frac{Q}{t}={{I}^{2}}R\]
Công suất của dòng điện P = UI \[\Rightarrow {{I}^{2}}=\frac{{{P}^{2}}}{{{U}^{2}}}\]
Thay vào công thức trên ta có: \[{{P}_{hp}}=\frac{{{P}^{2}}R}{{{U}^{2}}}\] [đpcm]
| Bài 6: Khi truyền đi cùng một công suất điện, muốn giảm công suất hao phí do tỏa nhiệt, dùng cách nào trong hai cách dưới đây có lợi hơn? Vì sao ?
|
Hướng dẫn
Dùng cách tăng hiệu điện thế giữa hai đầu dây lên hai lần lợi hơn so với cách giảm điện trở của đường dây đi 2 lần vì ta thấy theo công thức \[{{P}_{hp}}=\frac{{{P}^{2}}R}{{{U}^{2}}}\] thì:
- Nếu giảm R đi 2 lần thì Php chỉ giảm 2 lần
- Nếu tăng U lên 2 lần thì Php giảm 4 lần
| Bài 7: Trên cùng một đường dây dẫn tải đi cùng một công suất điện, nếu dùng dây dẫn có tiết diện tăng gấp đôi thì công suất hao phí vì tỏa nhiệt sẽ tăng hay giảm bao nhiêu lần ? |
Hướng dẫn
Ta có công thức tính công suất hao phí là \[{{P}_{hp}}=\frac{{{P}^{2}}R}{{{U}^{2}}}\]. Theo công thức thì Php tỉ lệ thuận với điện trở R mà R thì tỉ lệ nghịch với tiết diện S của dây theo công thức \[R=\frac{\rho l}{S}\]. Do vậy khi tiết diện dây dẫn S tăng 2 lần thì công suất hao phí giảm 2 lần.
| Bài 8: Đường dây tải điện từ huyện về xã dài 15 km, có hiệu điện thế 10000 V truyền đi một dòng điện 200A. Dây dẫn làm bằng đồng, cứ 1 km có điện trở 0,2Ω. a, Tính công suất hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây. b, Công suất hao phí đó có thể dùng thắp sáng bao nhiêu bóng đèn 60 W. c, Nếu tăng hiệu điện thế lên 30000 V thì công suất hao phí giảm đi bao nhiêu lầm ? |
Hướng dẫn
a, Vì phải có hai dây dẫn truyền điện, nên điện trở tổng cộng của dây dẫn từ huyện về xã là : R = 0,2.2.15 = 6 Ω
Công suất hao phí do tảo nhiệt trên đường dây là:
Php = I2R = 2002.6 = 240000 W
b, Công suất hao phí có thể thắp sáng số bóng đèn là:
\[n=\frac{240000}{60}=4000\]bóng
c, Nếu tăng hiệu điện thế lên đến 30000 tức là tăng hiệu điện thế lên 3 lần thì sẽ giảm được hao phí đi 9 lần.
| Bài 9: Muốn tải 1 công suất điện 50000 W từ nhà máy điện đến 1 khu dân cư cách nhà máy 20km với hiệu điện thế giữa hai đầu dây tải điện là 10000V và cứ 1 km dây dẫn có điện trở 0,5 Ω thì công suất hao phí trên đường dây tải điện sẽ là bao nhiêu? |
Hướng dẫn
Cường độ dòng điện trên đường dây là:
\[I=\frac{P}{U}=\frac{50000}{10000}=5A\]
Điện trở của dây dẫn [ gồm 2 dây ] là:
R = 2.0,5.20 = 20Ω
Công suất hao phí là:
Php = I2R = 52.20 = 500W
| Bài 10: Vì sao khi muốn truyền tải điện năng đi xa bằng dây dẫn người ta lại phải dùng hai máy biến thế đặt ở hai đầu đường dây tải điện? |
Hướng dẫn
Phải dùng hai máy biến thế đặt ở hai đầu đường dây tải điện khi truyền điện năng đi xa vì:
- Máy biến thế thứ nhất đặt ở đầu đường dây tại nhà máy phát điện có tắc dụng tăng hiệu điện thế ở hai đầu đường dây để giảm hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây.
Máy biến thế thứ 2 đặt ở cuối đường dây tải điện [ gần nơi sử dụng ] có tác dụng giảm hiệu điện thế đến mức phù hợp với nhu cầu sử dụng của các thiết bị điện.