Bài 6 hiện tượng cảm ứng điện từ dòng điện xoay chiều – máy biến thế truyền tải điện năng đi xa

BÀI HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ - DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU – MÁY BIẾN THẾ TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA Mục tiêu  Kiến thức + Phát biểu định nghĩa tượng cảm ứng điện từ + Phát biểu điều kiện xuất dòng điện cảm ứng + Mô tả cách tạo dịng điện cảm ứng + Trình bày phụ thuộc chiều dòng điện cảm ứng vào biến đổi số đường sức từ qua tiết diện S cuộn dây + Trình bày khái niệm dịng điện xoay chiều tác dụng dòng điện xoay chiều + Trình bày cấu tạo nguyên tắc hoạt động máy phát điện xoay chiều + Viết công thức máy biến áp giải thích đại lượng có cơng thức + Viết biểu thức tính cơng suất hao phí tỏa nhiệt đường dây cách làm giảm hao phí truyền tải điện  Kĩ + Vận dụng kiến thức cảm ứng điện từ để giải thích số tượng đời sống + Vận dụng công thức máy biến áp để làm toán truyền tải điện Trang I LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM Hiện tượng cảm ứng điện từ Khi số đường sức từ xuyên qua tiết diện S Trong thực tế, để thay đổi số đường sức từ xun cuộn dây dẫn kín biến thiên cuộn dây qua cuộn dây, người ta thường tạo chuyển xuất dòng điện cảm ứng động tương đối cuộn dây nam châm Hiện tượng gọi tượng cảm ứng điện từ Dòng điện xoay chiều Ứng dụng quan trọng tượng cảm Khi cho cuộn dây dẫn kín quay từ trường ứng điện từ tạo dòng điện xoay chiều nam châm hay cho nam châm quay trước cuộn Dòng điện cảm ứng cuộn dây dẫn đổi dây dẫn cuộn dây xuất dịng chiều số đường sức từ xuyên qua tiết diện S điện cảm ứng xoay chiều cuộn dây tăng mà chuyển sang giảm ngược lại giảm mà chuyển sang tăng Dòng điện xoay chiều có tác dụng nhiệt, quang từ Do dòng điện xoay chiều liên tục đổi chiều nên lực từ dòng điện tác dụng lên kim nam châm Để tạo dòng điện xoay chiều người ta sử dụng liên tục đổi chiều máy phát điện xoay chiều Máy phát điện xoay Một hai phận máy phát điện đứng chiều có cấu tạo gồm hai phận chính:  yên gọi stato, phận cịn lại quay gọi rơto Bộ phận tạo từ trường: nam châm điện nam châm vĩnh cửu  Bộ phận tạo dòng điện cảm ứng : cuộn dây Truyền tải điện xa Dùng ampe kế vơn kế xoay chiều có kí hiệu Điện sản xuất từ nhà máy điện, AC (hay ~) để đo giá trị hiệu dụng cường truyền tải nơi tiêu thụ đường dây dẫn độ hiệu điện xoay chiều Khi mắc ampe kế có phần điện bị hao phí tượng vơn kế xoay chiều vào mạch điện xoay chiều tỏa nhiệt đường dây không cần phân biệt chốt chúng Cơng suất dịng điện: P U I Cơng suất tỏa nhiệt (hao phí): Php I R Hay : Từ biểu thức tính cơng suất hao phí, để giảm hao Trang Php  phí ta thấy cách tốt tăng hiệu điện U P R U2 nhà máy điện Điều thực máy biến áp Đường dây tải điện Bắc – Nam nước ta có hiệu điện 500 000 V, không nên đến gần đường dây nguy hiểm Máy biến Máy biến thiết bị dùng để biến đổi hiệu điện Cuộn dây đặt điện áp vào gọi cuộn sơ xoay chiều Máy biến có cấu tạo gồm:  Hai cuộn dây dẫn có số vịng dây khác cấp nhau, đặt cách điện với  cấp, cuộn lại lấy điện áp gọi cuộn thứ Máy biến hoạt động dựa tượng cảm Một lõi sắt (hay thép) có pha silic chung ứng điện từ cho hai cuộn dây Công thức máy biến Gọi số vòng dây cuộn sơ cấp cuộn thứ cấp n1 n2 , hiệu điện hai đầu cuộn sơ cấp thứ cấp U1 U Ta có: U1 n1  U n2 Khi hiệu điện cuộn sơ cấp lớn hiệu điện Máy biến có nhiều ứng dụng đời cuộn thứ cấp  U1  U  ta có máy hạ thế, sống truyền tải điện năng, người ta dùng U1  U ta có máy tăng máy biến để tăng hiệu điện lên trước truyền tải để giảm hao phí đến nơi tiêu thụ lại dùng máy hạ để hạ điện áp xuống phù hợp với nhu cầu sử dụng SƠ ĐỒ HỆ THỐNG HÓA Trang HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ Nam châm MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU Tạo dòng điện xoay chiều MÁY BIẾN THẾ Cuộn dây TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG Cơng suất hao phí Hiệu suất truyền tải II CÁC DẠNG BÀI TẬP Dạng 1: Hiện tượng cảm ứng điện từ Dòng điện xoay chiều Phương pháp giải Dạng tập chủ yếu câu hỏi lí thuyết tượng cảm ứng điện từ Do em cần vận dụng linh hoạt kiến thức lí thuyết để giải thích tượng trả lời câu hỏi Ví dụ mẫu Ví dụ (C5 SGK trang 89): Giải thích quay núm đinamơ đèn xe đạp lại sáng? Hướng dẫn giải Khi quay núm đinamô, nam châm gắn đồng trục với núm quay theo làm số đường sức từ xuyên qua cuộn dây thay đổi Do cuộn dây xuất dòng điện cảm ứng làm sáng đèn Ví dụ 2: Cách khơng thể tạo dòng điện? A Quay nam châm vĩnh cửu trước ống dây dẫn kín B Đặt nam châm vĩnh cửu trước ống dây dẫn kín C Đưa cực nam châm từ vào cuộn dây dẫn kín D Rút cuộn dây xa nam châm vĩnh cửu Hướng dẫn giải Trang Khi số đường sức từ xuyên qua tiết diện S cuộn dây biến thiên, cuộn dây xuất dòng điện Ngược lại số lượng đường sức từ qua tiết diện dây khơng đổi khơng xuất dịng điện cảm ứng Chọn B Ví dụ Quan sát hình vẽ cho biết kim ampe kế bị lệch (tức xuất dòng điện cảm ứng)? Chú ý: Muốn kim ampe kế bị lệch phải có dịng điện Theo tượng cảm ứng điện từ, dòng điện xuất số đường sức từ Chọn trường hợp trường hợp sau: xuyên qua khung dây (ở A Dịch chuyển đoạn dây dẫn MN tịnh tiến xuống bao gồm đoạn B Dịch chuyển đoạn dây dẫn MN tịnh tiến theo phương ngang MN dây dẫn) C Dịch chuyển đoạn dây dẫn MN tịnh tiến lên biến thiên D Cả trường hợp, kim ampe kế bị lệch Hướng dẫn giải Dịch chuyển đoạn dây dẫn MN tịnh tiến theo phương ngang Kim ampe kế bị lệch dịng điện vng góc với đường sức từ Chọn B Ví dụ (C3 SGK trang 91): Trên hình vẽ cuộn dây dẫn kín quay quanh trục thẳng đứng từ trường nam châm Hãy phân tích xem số đường sức từ xuyên qua tiết diện S cuộn dây biến thiên cuộn dây quay, từ suy nhận xét chiều dịng điện cảm ứng xuất cuộn dây dẫn Hướng dẫn giải Trang Lúc đầu, mặt phẳng cuộn dây nằm song song với đường sức từ nên đường sức từ xuyên qua mặt phẳng cuộn dây Khi cuộn dây quay từ vị trí ban đầu đến vị trí mặt phẳng cuộn dây vng góc với đường sức từ số đường sức từ xuyên qua mặt phẳng cuộn dây tăng dần đến cực đại Tiếp tục quay số đường sức từ xuyên qua mặt phẳng cuộn dây giảm Quá trình tiếp diễn Dòng điện cảm ứng xuất cuộn dây đổi chiều số đường sức từ xuyên qua tiết diện S cuộn dây tăng mà chuyển sang giảm ngược lại Ví dụ (C4 SGK trang 92): Trên hình vẽ cuộn dây dẫn kín quay từ trường nam châm Hai đèn LED khác màu, mắc song song ngược chiều vào hai đầu cuộn dây vị trí Khi cho cuộn dây quay, hai bóng đèn bật sáng, vạch hai nửa vòng sáng đối diện Giải thích bóng đèn lại sáng nửa vòng tròn? Hướng dẫn giải Khi quay cuộn dây, số đường sức từ qua cuộn dây tăng lên lại giảm Chú ý: Đèn LED Khi dòng điện cảm ứng xuất cuộn dây liên tục đổi chiều sau sáng dòng điện nửa vòng tròn chạy qua theo Do hai đèn LED mắc ngược chiều nên đèn sáng dòng điện chiều, cho dòng chạy theo chiều đèn lại sáng dòng điện chạy theo chiều điện chạy qua đèn ngược lại theo chiều ngược lại, đèn khơng sáng Ví dụ (C3 SGK trang 94): Hãy so sánh chỗ giống khác cấu tạo hoạt động đi-na-mô xe đạp máy phát điện xoay chiều công nghiệp Hướng dẫn giải  Giống Đinamô máy phát điện xoay chiều có cấu tạo gồm hai phận nam châm cuộn dây dẫn Đinamơ máy phát điện tạo dòng điện xoay chiều  Khác Đinamô làm quay nhờ ma sát núm xoay với bánh xe, máy phát điện làm quay cách khác dùng động nổ, dùng tuabin nước, dùng cánh quạt gió Trang Đinamơ có nam châm quay, cịm máy phát điện có nam châm cuộn dây quay Đinamơ có kích thước, cơng suất nhỏ nhiều so với máy phát điện xoay chiều dùng công nghiệp Ví dụ (C3 SGK trang 96): Một bóng đèn có ghi V – W Lần lượt mắc vào mạch điện chiều vào mạch điện xoay chiều có hiệu điện V Trường hợp đèn sáng hơn? Tại sao? Hướng dẫn giải Hai hiệu điện đặt vào bóng đèn có giá trị Do bóng đèn sáng hai trường hợp Ví dụ (C4 SGK trang 97): Đặt nam châm điện A có dịng điện xoay chiều chạy qua trước cuộn dây dẫn kín B hình vẽ Sau cơng tắc K đóng cuộn dây dẫn B có xuất dịng điện cảm ứng khơng? Tại sao? Hướng dẫn giải Khi khóa K mở, khơng có dịng điện cuộn dây A, số đường sức từ xuyên qua cuộn dây B Khi đóng khóa K, dịng điện chạy qua dây dẫn cuộn dây A trở thành nam châm điện Khi có đường sức từ xuyên qua cuộn dây B Như sau đóng khóa K, số đường sức từ xuyên qua cuộn dây B tăng từ đến giá trị Số đường sức từ xuyên qua cuộn dây B biến thiên Do cuộn dây B có xuất dịng điện cảm ứng Bài tập tự luyện dạng Câu 1: Cách làm tạo dịng điện cảm ứng? A Nối hai cực pin vào hai đầu cuộn dây dẫn B Nối hai cực nam châm với hai đầu cuộn dây dẫn C Đưa cực ắc quy từ vào cuộn dây dẫn kín D Đưa cực nam châm từ ngồi vào cuộn dây dẫn kín Câu 2: Với điều kiện xuất dịng điện cảm ứng cuộn dây dẫn kín? A Khi số đường sức từ xuyên qua tiết diện cuộn dây lớn B Khi số đường sức từ xuyên qua tiết diện cuộn dây không thay đổi C Khi khơng có đường sức từ xun qua tiết diện cuộn dây D Khi số đường sức từ xuyên qua tiết diện cuộn dây biến thiên Câu 3: Trường hợp cuộn dây dẫn kín xuất dòng điện cảm ứng xoay chiều? A Cho nam châm chuyển động lại gần cuộn dây B Cho cuộn dây quay từ trường nam châm cắt đường sức từ C Đặt nam châm vào lòng cuộn dây cho hai quay quanh trục với tốc độ Trang D Đặt nam châm hình trụ trước cuộn dây, vng góc với tiết diện cuộn dây cho nam châm quay quanh trục Câu 4: Trong máy phát điện xoay chiều, quay nam châm máy phát cuộn dây xuất dịng điện xoay chiều vì: A từ trường lịng cuộn dây ln tăng B số đường sức từ qua tiết diện S cuộn dây tăng C từ trường lịng cuộn dây khơng biến đổi D số đường sức từ qua tiết diện S cuộn dây luân phiên tăng giảm Câu 5: Tác dụng từ dòng điện thay đổi dòng điện đổi chiều? A Khơng cịn tác dụng từ B Tác dụng từ mạnh lên gấp đôi C Tác dụng từ giảm D Lực từ đổi chiều Câu 6: Trường hợp sau đây, cuộn dây dẫn kín xuất dòng điện cảm ứng? A Số đường sức từ qua tiết diện S cuộn dây dẫn kín lớn B Số đường sức từ qua tiết diện S cuộn dây dẫn kín giữ khơng thay đổi C Số đường sức từ qua tiết diện S cuộn dây dẫn kín thay đổi D Từ trường xuyên qua tiết diện S cuộn dây dẫn kín mạnh Câu 7: Cách làm không tạo dịng điện cảm ứng cuộn dây kín? A Cho cuộn dây dẫn chuyển động theo phương song song với đường sức từ hai nhánh nam châm chữ U B Cho cuộn dây quay cắt đường sức từ nam châm chữ U C Cho đầu nam châm điện chuyển động lại gần đầu cuộn dây dẫn D Đặt nam châm điện trước đầu cuộn dây ngắt mạch điện nam châm Câu 8: Trong cuộn dây dẫn kín xuất dịng điện cảm ứng xoay chiều số đường sức từ xuyên qua tiết diện S cuộn dây A luôn tăng B luôn giảm C luân phiên tăng, giảm D luôn không đổi Câu 9: Máy phát điện xoay chiều bắt buộc phải gồm phận để tạo dòng điện? A Nam châm vĩnh cửu sợi dây dẫn nối hai cực nam châm B Nam châm điện sợi dây dẫn nối nam châm với đèn C Cuộn dây dẫn nam châm D Cuộn dây dẫn lõi sắt Câu 10: Dòng điện xoay chiều có cường độ hiệu điện ln thay đổi theo thời gian Vậy ampe kế xoay chiều giá trị cường độ dòng điện xoay chiều? A Giá trị cực đại B Giá trị cực tiểu C Giá trị trung bình D Giá trị hiệu dụng Câu 11: Cách làm tạo dòng điện cảm ứng cuộn dây dẫn kín? A Mắc xen vào cuộn dây dẫn pin B Dùng nam châm đặt gần đầu cuộn dây C Cho cực nam châm chạm vào cuộn dây dẫn Trang D Đưa cực nam châm từ vào cuộn dây Câu 12: Làm cách để tạo dòng điện cảm ứng đinamô xe đạp? A Nối hai đầu đinamô với hai cực ăc quy B Cho bánh xe đạp cọ xát mạnh vào núm đinamô C Làm cho nam châm đinamô quay trước cuộn dây D Cho xe đạp chạy nhanh đường Câu 13: Trên hình vẽ, nam châm chuyển động khơng tạo dịng điện cảm ứng cuộn dây? A Chuyển động từ vào cuộn dây B Quay quanh trục AB C Quay quanh trục CD D Quay quanh trục PQ ĐÁP ÁN VÀ LỜI GIẢI BẢI TẬP TỰ LUYỆN 1-D 11-D 2-D 12-C 3-A 13-D 4-D 5-D 6-C 7-A 8-C 9-C 10-D Dạng 2: Máy biến Bài tốn 1: Tính đại lượng cơng thức máy biến Phương pháp giải Ví dụ: Một máy biến cuộn sơ cấp có 1000 vịng dây, cuộn thứ cấp có 2000 vịng dây Nếu đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp hiệu điện xoay chiều 110V hiệu điện hai đầu cuộn thứ cấp bao nhiêu? Hướng dẫn giải Bước 1: Xác định đại lượng đề cho biết Bước 1: Bài cho biết N1 1000 vòng, N 2000 kí hiệu tương ứng Bước 2: Sử dụng công thức máy biến thế, rút đại lượng cần tìm thay số tính vịng, U1 110V Hỏi U Bước 2: Áp dụng công thức máy biến thế: U2 N2  U1 N1 Trang Thay số ta được: U 2000   U 220  V  110 1000 Ví dụ mẫu Ví dụ (C4 SGK trang 102): Một máy biến dùng nhà cần phải hạ hiệu điện từ 220 V xuống V V Cuộn sơ cấp có 4000 vịng Tính số vịng cuộn thứ cấp tương ứng? Hướng dẫn giải Áp dụng công thức máy biến thế: U N2  U1 N1 Hiệu điện đầu vào: U1 220V Số vòng dây cuộn sơ cấp: N1 4000 vòng Để hạ hiệu điện xuống U 6V , số vòng cuộn sơ cấp phải N tính qua biểu thức N2 U N2     N 109 (vòng) N1 U1 4000 220 Tương tự, để hạ hiệu điện xuống U 2 3V , số vịng cuộn thứ cấp tính qua biểu thức N 2 U 2 N 2     N 2 55 (vịng) N1 U1 4000 200 Ví dụ 2: Một máy biến có tổng cộng 6000 vòng dây Nếu đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp hiệu điện 220 V hiệu điện hai đầu cuộn thứ cấp 110 V Tính số vòng cuộn sơ cấp thứ cấp máy? Hướng dẫn giải Gọi số vòng dây cuộn sơ cấp thứ cấp N1 N theo đề ta có: N1  N 6000 (vịng) (1) Áp dụng cơng thức máy biến thế: N2 U N 110     N1 U1 N1 220 (2) Từ (1) (2) suy ra:  N1  N 6000    N1 2 N  N1 4000   N 2000 Vậy cuộn sơ cấp có 4000 vịng dây, cuộn thứ cấp có 2000 vịng dây Bài tốn 2: Thay đổi số vòng dây cuộn Phương pháp giải Khi số vòng dây hiệu điện hai đầu Ví dụ: Một máy biến cuộn sơ cấp có 2000 cuộn thay đổi dẫn đến thay đổi đại vịng dây, cuộn thứ cấp có 5000 vịng dây Đặt lượng cịn lại cơng thức máy biến Ta vào hai đầu cuộn sơ cấp hiệu điện 200 V làm theo bước sau: Nếu tăng cuộn thứ cấp lên 1000 vòng giữ Trang 10 nguyên hiệu điện đặt vào hiệu điện hai đầu cuộn thứ cấp tăng hay giảm vôn so với chưa tăng? Hướng dẫn giải Bước 1: Xác định đại lượng đề cho biết Bước 1: Hiệu điện hai đầu cuộn sơ cấp: viết biểu thức máy biến trước thay U1 200  V  đổi thơng số Cuộn sơ cấp có N1 2000 vịng, cuộn thứ cấp có N 5000 vịng Bước 2: Xác định đại lượng đề cho biết Áp dụng công thức máy biến thế: viết biểu thức máy biến sau thay đổi U  N  U  5000  U 500  V  U1 N1 200 2000 thông số Sử dụng biến đổi toán học (thế, chia Bước 2: Khi tăng cuộn thứ cấp lên 1000 vịng vế,…) để rút đại lượng đề yêu cầu số vòng dây cuộn thứ cấp: N 2 6000 vòng Áp dụng công thức máy biến thế: U 2 N 2 U  6000     U 2 600  V  U1 N1 200 2000 U 2  U 600  500 100  V  Vậy hiệu điện hai đầu cuộn thứ cấp tăng thêm 100 V so với chưa tăng Ví dụ mẫu Ví dụ 1: Một máy biến cuộn sơ cấp có 1000 vịng, cuộn thứ cấp có 500 vòng Đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp hiệu điện 150 V Nếu đồng thời tăng số vòng cuộn sơ cấp thứ cấp thêm 500 vịng hiệu điện hai đầu cuộn thứ cấp tăng hay giảm vôn so với chưa tăng? Hướng dẫn giải Áp dụng công thức máy biến thế: U N2 U 500     U 75  V  U1 N1 150 1000 Khi tăng đồng thời số vòng cuộn sơ cấp thứ cấp thêm 500 vòng, số vòng dây cuộn sơ cấp thứ cấp bằng: N1 1500 vịng, N 2 1000 vịng Áp dụng cơng thức máy biến thế: U 2 N 2 U  1000     U 2 100  V  U1 N1 150 1500 U 2  U 100  75 25  V  Vậy hiệu điện hai đầu cuộn thứ cấp tăng thêm 25 V so với chưa tăng Bài tập tự luyện dạng Bài tập Trang 11 Câu 1: Một máy biến áp cuộn sơ cấp có N1 vịng, cuộn thứ cấp có N vịng Máy gọi máy tăng áp A N1  N B N1  N C N1  N D N1 2 N Câu 2: Một máy biến áp cuộn sơ cấp có 200 vịng, cuộn thứ cấp có 1000 vịng Nếu đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp hiệu điện 50 V hiệu điện hai đầu cuộn thứ cấp A 10 V B 100 V C 250 V D 500 V Câu 3: Đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp máy biến áp hiệu điện 30 V hiệu điện hai đầu cuộn thứ cấp 40 V Biết cuộn thứ cấp có 200 vòng dây Số vòng dây cuộn sơ cấp A 100 vòng B 150 vòng C 200 vòng D 250 vòng Câu 4: Một máy biến áp cuộn sơ cấp có 1000 vịng, cuộn thứ cấp có 200 vòng Nếu đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp hiệu điện 50 V hiệu điện hai đầu cuộn thứ cấp A 10 V B 100 V C 250 V D 500 V Câu 5: Đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp máy biến áp hiệu điện 50 V hiệu điện hai đầu cuộn thứ cấp 100 V Biết cuộn thứ cấp có 500 vịng dây Số vịng dây cuộn sơ cấp A 100 vòng B 150 vòng C 200 vòng D 250 vòng Câu 6: Một máy biến có tổng số vịng dây cuộn sơ cấp thứ cấp 600 Nếu đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp hiệu điện 50 V hiệu điện hai đầu cuộn thứ cấp 150 V a Tính số vịng dây cuộn sơ cấp thứ cấp Máy biến máy tăng áp hay hạ áp? b Nếu tăng đồng thời số vòng dây cuộn sơ cấp cuộn thứ cấp thêm 50 vòng giữ nguyên hiệu điện đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp hiệu điện hai đầu cuộn thứ cấp bao nhiêu? Câu 7: Cuộn sơ cấp máy biến có 4400 vịng, cuộn thứ cấp có 120 vịng Khi đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp hiệu điện xoay chiều 220 V hai đầu dây cuộn thứ cấp có hiệu điện bao nhiêu? Câu 8: Đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp máy biến hiệu điện 200 V hiệu điện hai đầu cuộn thứ cấp 300 V Biết máy biến có tổng cộng 5000 vịng dây Tính số vịng dây cuộn sơ cấp thứ cấp? Bài tập nâng cao Câu 9: Đặt vào hai đầu cuộn thứ máy biến hiệu điện 100 V hiệu điện hai đầu cuộn thứ hai 200 V Nếu đặt vào hai đầu cuộn thứ hai hiệu điện 100 V hiệu điện hai đầu cuộn thứ bao nhiêu? Câu 10: Đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp máy biến áp hiệu điện 100 V hiệu điện hai đầu cuộn thứ cấp 200 V Nếu giữ nguyên điện áp vào giảm số vòng dây cuộn sơ cấp 250 vịng hiệu điện hai đầu cuộn thứ cấp 400 V Tính số vòng dây cuộn sơ cấp thứ cấp? ĐÁP ÁN VÀ LỜI GIẢI BẢI TẬP TỰ LUYỆN 1-C 2-C Câu 6: 3-B 4-A  N1  N 600  a Ta có:  N1 U1 50   N U 150   2 5-D  N1 150   N 450 Trang 12 Vậy số vòng dây cuộn sơ cấp 150 vòng, số vòng dây cuộn thứ cấp 450 vòng Do N1  N nên máy biến áp máy tăng áp b Khi tăng số vòng dây cuộn sơ cấp cuộn thứ cấp thêm 50 vịng N1 200 vịng N 2 500 vịng Ta có cơng thức máy biến áp: U1 N1 50 200     U 2 125  V  500    U2 N2 U2 Câu 7: Ta có cơng thức máy biến áp: U1 N1 220 4400     U 6  V  U N2 U2 120 Câu 8:  N1 U1 200     Ta có:  N U 300   N  N 5000   N1 2000   N 3000 Vậy cuộn sơ cấp có 2000 vịng, cuộn thứ cấp có 3000 vịng Câu 9: Ta có: N1 U1 100    N U 200 Nếu đặt vào hai đầu cuộn thứ hai hiệu điện 100 V N U U U 2 100V      U1 50  V  N U 2 100 Câu 10: Ban đầu ta có: N1 U1 100    N U 200  1 Lúc sau giữ nguyên U1 ; giảm N1 250 vòng, tức N1  N1  250 ; Khi U 2 400  V  Ta có: U1 N1 100 N1  250 N  250      400 N2 N2 U 2 N 2 Lấy (1) chia (2) ta được:  2 N1 2  N1 500 (vòng) N1  250 Suy N 2 N1 1000 (vòng) Vậy số vòng cuộn sơ cấp ban đầu 500 vòng, cuộn thứ cấp 1000 vòng Dạng 3: Truyền tải điện Phương pháp giải Sử dụng cơng thức sau: Ví dụ: Ở nhà máy thủy điện, người ta muốn Trang 13  Cường độ dòng điện đường dây truyền tải: truyền tải công suất 100 MW xa Trước truyền tải, hiệu điện tăng lên đến P I U 500 kV Biết điện trở tổng cộng đường dây (trong U P hiệu điện công suất truyền tải 1000 nơi phát điện) a Tính cường độ dịng điện đường dây  Cơng suất hao phí tỏa nhiệt đường dây: truyền tải? P2 P I R  R U b Tính cơng suất hao phí tỏa nhiệt đường dây? Để giảm cơng suất hao phí có nhiều cách c Tính hiệu suất truyền tải (tỉ số công suất giảm P, R tăng U cách làm tối ưu nơi nhận công suất truyền đi)? tăng U lên (nhờ máy biến áp) Hướng dẫn giải  Công suất nơi tiêu thụ: P P  P a Cường độ dòng điện đường dây truyền  Hiệu suất truyền tải: tải: H P P  P  PR  100%  100%    100% P P  U  P 10.106 I  20  A  U 500.103 b Cơng suất hao phí đường dây: P I R 202.1000 400000  W  c Công suất nơi nhận được: P P  P 10.106  400000 9600000  W  Hiệu suất truyền tải: H P 9600000 100%  100% 96% P 10.106 Ví dụ mẫu Ví dụ 1: Từ cơng thức tính cơng suất hao phí tỏa nhiệt đường dây truyền tải, em cho biết: a Có phương án để giảm hao phí? Nêu ưu điểm, nhược điểm phương án? b Để công suất hao phí giảm 25 lần cần tăng hay giảm hiệu điện trước truyền tải lần? Hướng dẫn giải a Cơng thức tính cơng suất hao phí đường dây truyền tải: P R  P P I R   R  U U  Ta có phương án để giảm hao phí: giảm P, giảm R tăng U  Phương án 1: giảm P: cách không dùng ta cần truyền cơng suất lớn tốt  Phương án 2: giảm R mà R  l S nên để giảm R có cách sau: Trang 14 Cách 1: Thay vật liệu làm dây dẫn vật liệu có điện trở suất nhỏ, dây có điện trở suất nhỏ Bạc, Vàng, Đồng,… kim loại đắt tiền Do cách cho hiệu kinh tế không cao Cách 2: Giảm chiều dài đường dây truyền tải Cách giảm hao phí lại tăng chi phí sản xuất nhà máy thường phải đặt gần vùng có nhiên liệu phải đặt xa khu dân cư để tránh ô nhiễm Cách 3: Tăng tiết diện dây dẫn S, điều làm tăng khối lượng dây dẫn, phải tăng sức chống chịu cột, dễ gây đổ vỡ, nguy hiểm Nếu giảm R n lần hao phí giảm n lần  Phương án 3: tăng U: cách hiệu tăng U lên n lần hao phí giảm n lần Việc tăng U thực dễ dàng máy biến Từ ta thấy vai trò lớn lao máy biến đời sống Tóm lại thực tế người ta chọn phương án tăng U phương án tối ưu b Từ cơng thức tính cơng suất hao phí ta thấy cơng suất hao phí tỉ lệ nghịch với bình phương hiệu điện trước truyền tải Do để cơng suất hao phí giảm 25 lần ta cần tăng hiệu điện trước truyền tải lên gấp lần Ví dụ 2: Đường dây tải điện Bắc – Nam nước ta có hiệu điện 500000 V Đường dây tải từ huyện đến xã có hiệu điện 15000 V Đó đường dây cao Ở gần đường dây cao nguy hiểm Các dụng cụ điện nhà cần hiệu điện 220 V Vậy lại phải xây dựng đường dây cao vừa tốn vừa nguy hiểm? Hướng dẫn giải Từ cơng thức tính cơng suất hao phí: P  P2 R ta thấy để giảm hao phí ta cần tăng điện áp U trước U2 truyền tải, điện áp lớn, công suất hao phí nhỏ Do trước đưa lên đường dây để truyền tải điện nơi tiêu thụ, ta cần tăng điện áp lên thật lớn, sau truyền đến nơi tiêu thụ ta lại hạ điện áp xuống để phù hợp với nhu cầu sử dụng Ví dụ 3: Trong q trình truyền tải điện xa, biết công suất truyền MW Điện trở tổng cộng đường dây dẫn 250  Biết cơng suất hao phí 10% cơng suất truyền Tính hiệu điện hai đầu dây nơi truyền đi? Hướng dẫn giải 10 1.106 100000(W) Cơng suất hao phí: P 10%.P  100 Cơng suất hao phí cịn tính biểu thức: P R P R (106 ) 250 P   U   50000(V ) U P 100000 Vậy hiệu điện hai đầu dây truyền 50000(V) Ví dụ 4*: Điện truyền từ nhà máy nhiệt điện khu công nghiệp Biết công suất truyền 500 kW, điện trở tổng cộng Trang 15 đường dây truyền tải 50  Ban đầu người ta để điện áp trước truyền tải 10 kV thấy hao phí lớn Để cơng suất hao phí 1% cơng suất truyền phải dùng thêm máy biến có tỉ số vịng dây cuộn thứ cấp so với cuộn sơ cấp bao nhiêu? Hướng dẫn giải P R  500.10  50 125000(W) Cơng suất hao phí lúc đầu: P   U  10.103  Lúc sau công suất hao phí 1% cơng suất truyền đi: P ' 1%.P  500000 5000(W) 100 Nhận xét: Qua tập ta thấy rõ tầm quan trọng máy biến Bằng việc tăng điện áp trước Ta có: truyền tải, hao phí tỏa P R P 125000 U '2 U'  U2    5 P ' P R 5000 U U U '2 nhiệt đường dây giảm xuống nhiều Điều giúp ta tiết kiệm Vậy ta cần tăng hiệu điện trước truyền tải lên lần Do cần sử nhiều mặt kinh tế dụng thêm máy biến có tỉ số vòng dây cuộn thứ cấp so với cuộn sơ cấp Bài tập tự luyện dạng Bài tập Câu 1: Trên đường dây tải công suất điện xác định hiệu điện xác định, dùng dây dẫn có đường kính tiết diện giảm nửa cơng suất hao phí tỏa nhiệt thay đổi nào? A Tăng lên hai lần B Tăng lên bốn lần C Giảm hai lần D Giảm bốn lần Câu 2: Từ nhà máy thủy điện người ta truyền công suất 10 MW hiệu điện 500 kV Biết điện trở đường dây truyền tải 500  Cơng suất hao phí đường dây A 200 W B 200 kW C MW D 20 kW Câu 3: Để truyền công suất điện, đường dây tải điện dài gấp đơi cơng suất hao phí tỏa nhiệt A tăng lần B tăng lần C giảm lần D không tăng, không giảm Câu 4: Trên đường dây tải công suất điện xác định hiệu điện xác định, dùng dây dẫn có đường kính tiết diện tăng bốn lần cơng suất hao phí tỏa nhiệt thay đổi nào? A Tăng lên 16 lần B Tăng lên bốn lần C Giảm 16 lần D Giảm bốn lần Câu 5: Từ nhà máy thủy điện người ta truyền công suất 10 MW hiệu điện 500 kV Công suất hao phí đường dây 200 kW Điện trở đường dây truyền tải A 500  B 100  C 250  D 200  Trang 16 Câu 6: Từ nhà máy điện có cơng suất 25 MW, điện truyền đến nơi tiêu thụ đường dây cao áp 250 kV Biết điện trở tổng cộng đường dây truyền tải 200  a Tính hiệu suất truyền tải? b Tính hiệu điện hai đầu dây nơi tiêu thụ? Bài tập nâng cao Câu 7: Điện truyền từ nhà máy điện với công suất MW Điện trở đường dây tổng cộng 200  Điện áp trước truyền tải 100 kV a Tính cơng suất hao phí? b Tính hiệu suất truyền tải? c Để hiệu suất truyền tải đạt 97,5% cần sử dụng thêm máy biến có tỉ số vịng dây cuộn thứ cấp sơ cấp bao nhiêu? Câu 8: Từ nhà máy thủy điện có cơng suất 10 MW, điện truyền với hiệu điện 200 kV Điện trở đường dây truyền tải 1000  a Tính hiệu suất truyền tải? b Tính độ giảm áp đường dây (hiệu số hiệu điện nơi truyền hiệu điện nơi nhận)? c Để hiệu suất truyền tải đạt 95% điện áp nơi truyền phải bao nhiêu? ĐÁP ÁN VÀ LỜI GIẢI BẢI TẬP TỰ LUYỆN 1-B 2-B Câu 1: Chọn B 3-A 4-C 5-A Đường kính d giảm nửa tiết diện S  l d2 giảm bốn lần nên điện trở R  tăng bốn lần, suy S cơng suất hao phí P I R tăng lên bốn lần Câu 2: Chọn B P2 P I R  R 200000  W  200  kW  U Câu 4: Chọn C Đường kính d tăng lần tiết diện S tăng 42 16 lần nên điện trở R giảm 16 lần Khi cơng suất hao phí dây giảm 16 lần Câu 5: Chọn A Công suất hao phí đường dây: 3 P.U 200.10  500.10   P P   R  R   500    P2 U   10.106  Vậy điện trở dây truyền tải 500 Câu 6: a Công suất hao phí đường dây: Trang 17  25.10  200 2000000  W  2  M W  P2 P  R  U  250.103  Hiệu suất truyền tải: H  P P  P 25  100%  100%  100% 92% P P 25 P b Độ giảm đường dây truyền tải: U I R  R 20000  V  20  kV  U Hiệu điện hai đầu nơi tiêu thụ: U  U  U 250  20 230  kV  Câu 7: P 5.106 a Dòng điện chạy mạch: I   50  A  U 100.103 2 Cơng suất hao phí đường dây: P I R 50 200 500000  W  0,5  M W  b Hiệu suất truyền tải: H  P P  P  0,5 100%  100%  100% 90% P P c Để tăng hiệu suất lên 97,5% cơng suất hao phí đó: H P  P  P 100%  100% 97,5%  P 0,125  M W  P Như cơng suất hao phí giảm 0,5 4 , nên hiệu điện U tăng lên lần 0,125 Khi máy biến áp máy tăng áp có tỉ số: N2 2 N1 Câu 8: P 10.106 a Dòng điện chạy mạch: I   50  A  U 200.103 2 Cơng suất hao phí đường dây: P I R 50 1000 2500000  W  2,5  M W  Hiệu suất truyền tải: H  P P  P 10  2,5 100%  100%  100% 75% P P 10 b Độ giảm đường dây: U I R 50.1000 50000  V  c Để tăng hiệu suất lên 95% cơng suất hao phí đó: H P  P 10  P ' 100%  100% 95%  P 0,5  M W  P 10 Điện áp nơi truyền tải lúc này: R 1000  P P   R  U  P 10.106 200000 V=200  kV  P 0,5.106  U  Trang 18