Giúp học sinh làm tốt bài toán truyền tải điện năng thông qua sơ đồ truyền tải điện năng

Mục lục Nội dung 1: Mở đầu 1.1 Lý chọn đề tài 1.2.Mục đích nghiên cứu 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 2: Nội dung 2.1 Cơ sở lý luận sáng kiến kinh nghiệm 2.1.1 Máy biến áp 2.1.2 Sự truyền tải điện xa 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 2.3.Giải pháp giúp học sinh làm tốt toán truyền tải điện 2.3.1 Sơ đồ truyền tải điện 2.3.2.Các công thức cần ý 2.3.3 Một số tập ví dụ 2.4 Kiểm nghiệm đề tài 3: Kết luận, kiến nghị 3.1 Kết luận 3.2 Kiến nghị Tài liệu tham khảo Trang 2 3 4 6 10 16 17 17 17 18 1 Mở đầu 1.1 Lý chọn đề tài Vật lý nghành khoa học Khoa học tự nhiên, nghành có nhiều ứng dụng sống Sự phát triển khoa học công nghệ gắn liền với phát triển vật lý học Phần Điện xoay chiều chương trình lớp 12 phần có nhiều ứng dụng mà ta ta dễ nhìn thấy sống hàng ngày thông qua trình sử dụng điện Và chương quan trọng, chiếm tỉ lệ số câu hỏi cao chương khác kỳ thi THPT Quốc gia kỳ thi HSG Đặc biệt câu truyền tải điện câu dùng để phân loại Học sinh giỏi Trong môn học chương trình PTTH Vật lý môn học khó trừu tượng Các tập vật lý đa dạng phong phú, có nhiều liên quan đến thực tế đời sống hàng ngày Trong theo phân phối chương trình môn Vật lý 12 số tiết tâp lại so với nhu cầu cần củng cố nâng cao kiến thức cho Học sinh Chính thế, người giáo viên phải làm để tìm phương pháp tốt giúp cho Học sinh hiểu rõ chất vấn đề từ tạo niềm say mê yêu thích môn học, đồng thời giúp Học sinh phân loại dạng tập hướng dẫn cách để Học sinh làm toán liên quan Tuy nhiên qua trình giảng dạy môn vật lý lớp 12 năm qua nhận thấy đa số Học sinh làm tập mức độ nhận biết thông hiểu, với tập vận dụng vận dụng mức độ cao tập có ứng dụng thực tế Học sinh làm Trong chương điện xoay chiều chương mà Học sinh cảm thấy khó chương trình Vật lý 12, đặc biệt toán truyền tải điện xa Với mong muốn giúp học sinh nắm kiến thức bản, vận dụng giải tập nâng cao phần truyền tải điện năng, nâng cao kết kỳ thi THPT quốc gia kì thi HSG cấp tỉnh chọn đề tài: “Giúp Học sinh làm tốt toán truyền tải điện thông qua sơ đồ truyền tải điện” Mặc dù đề tài mẻ, trình tìm hiểu thực đề tài Tôi thấy có nhiều sáng kiến kinh nghiệm viết vấn đề này, nhiên đồng nghiệp tổ môn trường Tôi chưa nghiên cứu Mặt khác qua trình giảng dạy học tập Học sinh Tôi trực tiếp dạy năm qua, Tôi nhận thấy đề tài cần nghiên cứu để giúp Tôi dạy tốt hơn, từ Học sinh hiểu làm nhiều tập mức độ cao, giúp Học sinh đạt kết cao kỳ thi quan trọng, góp phần định tương lai sau em 1.2 Mục đích nghiên cứu: Đề tài nhằm giúp Học sinh lớp 12 nắm vững kiến thức máy biến áp truyền tải điện Xây dựng hiểu sơ đồ truyền tải điện năng, phân loại dạng tập, nhớ công thức liên quan từ vận dụng làm bào tập Với em Học sinh giỏi làm tập nâng cao góp phần nâng cao thành tích kỳ thi THPT quốc gia kỳ thi HSG cấp tỉnh Thông qua trình thực đề tài giúp thân có thêm kinh nghiệm việc tự học, nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu giảng dạy Xây dựng chuyên đề sâu, chi tiết làm tài liệu giảng dạy cho thân có giá trị tham khảo cho đồng nghiệp trình dạy Học sinh ôn thi vào trường ĐH thi Học sinh giỏi cấp tỉnh 1.3 Đối tượng nghiên cứu: - Tóm tắt sơ lược lý thuyết máy biến áp truyền tải điện - Vẽ sơ đồ truyền tải điện năng, thích công thức cần dùng, vấn đề cần ý trình truyền tải điện - Nêu số tập ví dụ điển hình - Đề xuất số toán tham khảo 1.4 Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp nghiên cứu xây dựng sở lý thuyết - Phương pháp điều tra khảo sát thực tế, thu thập thông tin - phương pháp tổng kết rút kinh nghiệm - Phương pháo điều tra khảo sát Nội dung 2.1 Cơ sở lý luận sáng kiến kinh nghiệm 2.1.1 Máy biến áp a Khái niệm: Máy biến áp thiết bị dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện xoay chiều khác tần số có hiệu điện khác b Cấu tạo + Máy biến áp cấu tạo gồm có hai cuộn dây có số vòng khác quấn lõi sắt kín Lõi biến áp gồm nhiều sắt thép pha silic mỏng ghép cách điện với để giảm hao phí dòng Fu-cô tăng cường từ thông qua mạch + Hai cuộn dây thường làm đồng, đặt cách điện Hình với cách điện với lõi + Trong thực máy biến áp có dạng hình 1, việc biểu diễn sơ đồ máy biến áp có dạng hình Hình c Nguyên tắc hoạt động Hoạt động máy biến áp dựa tượng cảm ứng điện từ Một hai cuộn dây máy biến áp nối với nguồn điện xoay chiều, gọi cuộn sơ cấp có N1 vòng dây Cuộn thứ hai nối với tải tiêu thụ điện năng, gọi cuộn thứ cấp có N2 vòng dây Dòng điện xoay chiều chạy cuộn sơ cấp gây từ thông biến thiên qua cuộn thứ cấp, làm xuất cuộn thứ cấp suất điện động xoay chiều Nếu mạch thứ cấp kín có dòng điện chạy cuộn thứ cấp d Sự biến đổi hiệu điện cường độ dòng điện qua máy biến áp Gọi N1, N2 số vòng cuộn sơ cấp thứ cấp Gọi U1, U2 hiệu điện đầu cuộn sơ cấp thứ cấp Gọi I1, I2 cường độ hiệu dụng dòng điện đầu cuộn sơ cấp thứ cấp(Hình vẽ bên ) - Khi nối cuộn sơ cấp với mạch điện xoay chiều có hiệu điện hiệu dụng U1, dòng điện xoay chiều i1, cuộn sơ cấp làm phát sinh từ trường biến thiên điều hoà tập trung lõi biến áp Tại thời điểm từ thông φ qua tiết diện lõi có giá trị tức thời Trong khoảng thời gian ∆t nhỏ từ thông biến thiên gây cuộn dây sơ cấp là: e1 = − N1 , cuộn thứ cấp là: e2 = − N Từ suy ∆Φ ∆t ∆Φ ∆t e2 N = (1) e1 N - Thông thường điện trở cuộn sơ cấp nhỏ nên hiệu điện u hai đầu cuộn sơ cấp có giá trị xấp xỉ suất điện động e1 - Nếu mạch thứ cấp hở hiệu điện u hai đầu cuộn thứ cấp có giá trị suất điện động e2 Do đó: u e2 N ≈ = (2) u1 e1 N1 - Hiệu điện suất điện động hai đầu sơ cấp thứ cấp biến thiên điều hòa pha, tần số, nên ta thay giá trị tức thời giá trị hiệu dụng: U2 N2 = (3) U N1 - Vậy tỉ số hiệu điện hiệu dụng hai đầu cuộn thứ cấp sơ cấp tỉ số vòng dây hai cuộn + Nếu N2 > N1 U2 > U1: máy biến áp máy tăng áp + Nếu N2 < N1 U2 < U1: máy biến áp máy hạ áp - Khi mạch thứ cấp nối với tải tiêu thụ thành mạch kín U < e2; nhiên người ta sử dụng công thức (3) công thức gần - Nếu dòng điện cuộn sơ cấp thứ cấp pha với hiệu điện công suất tiêu thụ hai mạch sơ cấp thứ cấp P1 = U1I1 P2 = U2I2 Nếu coi hao phí dòng Fucô lõi toả nhiệt cuộn dây không đáng kể, điện qua máy biến bảo toàn, nghĩa công suất hai mạch sơ cấp thứ cấp nhau: P1 = P2 Suy I1 U N = = I U N1 Như máy biến áp tăng hiệu điện lên lần giảm cuờng độ dòng điện nhiêu lần ngược lại [1] e.Các công thức thường dùng máy biến áp  E1 = U1  E2 = U + Cuộn dây cuộn sơ cấp thứ cấp cảm  U I N + H = 100% (Bỏ qua hao phí dòng Fucô), ( cos ϕ2 = 1) ⇒ U = I = N 2  N1 U L1 =  N r + Cuộn dây cuộn sơ cấp có điên trở  U U = U + U L1 r1  + Cuộn dây cuộn sơ cấp có điên trở r1 cuộn thứ cấp có điên trở r2 mạch có điên trở R  N1 I N = I = k   [8]  U1 = r1 + k + kr2 U kR R U L1 E1 I N1 U L1 U N1 + U = U = E = I = N (Không áp dụng công thức U = N )[2] L2 2 L2 2 P U I cos ϕ 2 2 + Hiệu suất: H = P 100% = U I cos ϕ ×100% [2] 1 1 1.2 Sự truyền tải điện xa + Điện sản xuất từ nhà máy điện truyền tải đến nơi tiêu thụ đường dây dẫn dài hàng trăm km trình truyền tải điện phần điện chuyển thành nhiệt tỏa dây dẫn điện, phần điện bị hao phí bị đi.Vì trình truyền tải điện cần phải đảm bảo giảm hao phí xuống mức thấp giảm chi phí trình truyền tải + Giả sử cần truyền tải công suất điện P từ nhà máy điện đường dây dẫn đến nơi tiêu thụ Công suất cần truyền tải điện là: P = UIcosφ (1) Trong U điện áp nơi truyền đi, I cường độ dòng điện dây dẫn truyền tải, cosφ hệ số công suất Công suất hao phí tỏa nhiệt điện trở R dây dẫn : ∆P = I2R  P  P2 Từ (1) suy I =  ∆P = I R=   R = R (U cosϕ )  U cos ϕ  Vậy công suất tỏa nhiệt đường dây truyền tải điện xa là: ∆P = P2 R (U cos ϕ ) Để đến nơi sử dụng mục tiêu để giảm tải công suất tỏa nhiệt P để phần lớn điện sử dụng hữu ích Có hai phương án giảm ∆P: Phương án : Giảm R Do R = ρ nên để giảm R cần phải tăng tiết diện S dây dẫn Phương án không khả thi tốn kinh tế Phương án : Tăng U Bằng cách sử dụng máy biến áp, tăng điện áp U trước truyền tải công suất tỏa nhiệt đường dây hạn chế Phương án khả thi không tốn kém, thường sử dụng thực tế 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm Những năm học trước, dạy phần truyền tải điện cho Học sinh lớp 12 Tôi dạy theo trình tự: + Hướng đẫn Học sinh nắm lí thuyết sách giáo khoa + Tóm tắt công thức có phát triển thêm số công thức cho trường hợp tổng quát + Hướng dẫn Học sinh làm số ví dụ điển hình giao tập nhà cho Học sinh, sửa nhận xét Sau dạy phần truyền tải điện năng, Tôi cho Học sinh làm kiểm tra để đánh giá tiếp thu kiến thức của Học sinh, đồng thời tổng hợp kết Học sinh kỳ thi HSG kỳ thi THPTQG phần kết thu sau: Lớp Sĩ số HS đạt HS đạt HS đạt HS đạt HS đạt 12C1 46 12C6 44 9-10 điểm 7-8 điểm 5-6 điểm điểm SL SL SL 15 14 SL 18 17 % 4,3 % 15,2 11,4 % 32,6 31,8 % 39 38,6 Dưới điểm SL % 8,9 18,2 Với Học sinh tham gia kỳ thi học sinh giỏi cấp Tỉnh năm 2015- 2016 học sinh làm toán truyền tải điện Mặc dù cố gắng, nhiệt tình kết Học sinh qua kỳ thi không cao Tôi dò hỏi thu thập thông tin nguyên nhân Học sinh làm tốt tập, sau tổng hợp ý kiến, tìm tòi, suy nghĩ Tôi đưa giải pháp sau 2.3 Giải pháp giúp học sinh làm tốt toán truyền tải điện Với toán truyền tải điện Tôi nhận thấy ta sơ đồ hóa trình truyền tải điện năng, có thích công thức cần dùng cho giai đoạn Học Sinh dễ hình dung, hiểu chát trình truyền tải điện từ làm tốt loại toán 2.3.1.Sơ đồ truyền tải điện Trên đường dây truyền tải có: + Điện trở: R = ρ ℓ ( l = 2d ) + Hao phí: ∆P = I2R= = P-P’ Nhà máy sản suất điện có công suất P, hiệu điện Uo + Giảm đường dây : ∆U = U-U’ = IR + Hiệu suất: R Uo,N1 Io, P U, N2 U’,P’, N’1 ” ’ ’ U ,P , N Tải tiêu thụ điện I, P Tăng áp trước truyền (N2>N1; H=100%): Hạ áp trước sử dụng (N’2