Sáng kiến kinh nghiệm: Kỹ thuật 4 cột cho bài toán truyền tải điện năng đi xa khi P = const

SKKN - KỸ THUẬT CỘT CHO BÀI TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA KHI P = const MỤC LỤC I Sơ lược lý lịch tác giả Trang 02 II Tên sáng kiến Trang 02 III Lĩnh vực Trang 02 IV- Mục đích yêu cầu sáng kiến Trang 02 Thực trạng ban đầu trước áp dụng sáng kiến Trang 02 Sự cần thiết phải áp dụng sáng kiến Trang 03 Nội dung sáng kiến Trang 03 3.1 Cơ sở lý thyết cho toán truyền tải điện Trang 03 3.1.1 Công suất hao phí đường dây truyền tải Trang 03 3.1.2 Phương án giảm cơng suất hao phí Trang 03 3.2 Kỹ thuật cột cho toán truyền tải điện xa trường hợp công suất nguồn phát không đổi (P = const) Trang 04 3.2.1 Các dạng tốn áp dụng phương pháp Trang 04 3.2.2 Các toán minh họa Trang 05 V Hiệu đạt Trang 12 VI Mức độ ảnh hưởng Trang 13 VII Kết luận Trang 13 Tài liệu tham khảo Trang 14 Trang SKKN - KỸ THUẬT CỘT CHO BÀI TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA KHI P = const SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG THPT CHU VĂN AN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc An Giang, ngày 15 tháng 02 năm 2019 BÁO CÁO Kết thực sáng kiến, cải tiến, giải pháp kỹ thuật, quản lý, tác nghiệp, ứng dụng tiến kỹ thuật nghiên cứu khoa học sư phạm ứng dụng I Sơ lược lý lịch tác giả: - Họ tên: ĐỖ LÊ QUỐC LẬP Nam, nữ: NAM - Ngày tháng năm sinh: 06/03/1989 - Nơi thường trú: Kiến An, Chợ Mới, An Giang - Đơn vị công tác: Trường THPT Chu Văn An - Chức vụ nay: ………………………………… - Lĩnh vực công tác: Giáo viên dạy lớp II Tên sáng kiến: KỸ THUẬT CỘT CHO BÀI TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA KHI P = const III Lĩnh vực: Vật lí IV- Mục đích yêu cầu sáng kiến: Thực trạng ban đầu trước áp dụng sáng kiến Vật lí phổ thơng có vai trị quan trọng việc hình thành phát triển tư học sinh Trong trình dạy học, giáo viên phải đặt mục đích chung lớn giúp học sinh nắm kiến thức bản, hình thành phương pháp, kỹ kỹ xảo giúp học sinh nắm kiến thức cách thật gọn nhẹ đầy đủ Ở chương dòng điện xoay chiều chương quan trọng chương trình vật lí 12 chương có nhiều kiến thức, công thức mà học sinh cần nắm Trong chuyên đề “Truyền tải điện xa”, hệ thống cơng thức khó nhớ, hệ thống số liệu toán nhiều việc giải toán thường phải qua nhiều bước khiến học sinh dễ bối rổi gặp dạng toán Trang SKKN - KỸ THUẬT CỘT CHO BÀI TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA KHI P = const Sự cần thiết phải áp dụng sáng kiến Trước khó khăn mặt nắm kiến thức, quản lý số liệu làm tập chuyên đề “Truyền tải điện xa” muốn giải áp lực thời gian kiểm tra, đặc biệt thi kỳ thi THPT Quốc gia, “KỸ THUẬT CỘT CHO BÀI TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA KHI P = const” phần giúp học sinh có nhìn đơn giản dạng toán này, đồng thời giải toán cách nhanh gọn, tiết kiệm thời gian Nội dung sáng kiến (Tiến trình thực hiện, thời gian thực hiện, biện pháp tổ chức ) 3.1 Cơ sở lý thyết cho tốn truyền tải điện 3.1.1.Cơng suất hao phí đường dây truyền tải +Cơng suất cần truyền tải điện P = UIcosφ (1) Nhà máy điện R/2 Uphát R/2 P = I2R U = IR Pphát = P Uphát = U Nơi tiêu thụ Ptt = Pphát Utt = Uphát - P U Trong P cơng suất phát từ nhà máy, U điện áp hiệu dụng hai cực máy phát, I cường độ dòng điện dây dẫn truyền tải, cosφ hệ số công suất (thường cosφ = 1) +Đặt P = I2R công suất hao phí đường dây, P (1)  I =  P = Ucos  P  P2 R R    U cos2   U cos   với R điện trở đường dây Vậy: Nếu tăng điện áp nơi phát lên n lần cơng suất hao phí giảm n2 lần 3.1.2.Phương án giảm cơng suất hao phí - Phương án : Giảm R ℓ +Do R =  nên để giảm R cần phải tăng tiết diện S dây dẫn Phương án S không khả thi tốn kinh tế - Phương án : Tăng U Trang SKKN - KỸ THUẬT CỘT CHO BÀI TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA KHI P = const +Bằng cách sử dụng máy biến áp, tăng điện áp U trước truyền tải cơng suất tỏa nhiệt đường dây hạn chế Phương án khả thi tốn kém, thường sử dụng thực tế Chú ý: ℓ * Cơng thức tính điện trở dây dẫn R =  Trong  (Ω.m) điện trở suất dây S dẫn, ℓ chiều dài dây, S tiết diện dây dẫn * Công suất tỏa nhiệt cơng suất hao phí đường dây, phần cơng suất hữu ích sử dụng Pcó ích = P - P = P  P2 R U cos 2 Từ hiệu suất q trình truyền tải điện H = Pcó ích P  P  P P  1 P P * Sơ đồ truyền tải điện thông thường (với cosφ = 1) Nhà máy phát điện Trạm tăng áp (MBA lý P ~ tưởng) U, I, P - Công suất P Trạm hạ áp - Công suất P’ P ~ Nơi tiêu thụ - Công suất P’ 3.2 Kỹ thuật cột cho toán truyền tải điện xa trường hợp công suất nguồn phát không đổi (P = const) 3.2.1 Các dạng tốn áp dụng phương pháp - Bài tốn nói đến thay đổi hiệu điện U truyền tải công suất nơi tiêu thụ P’ - Tuy nhiên ta bỏ qua đối tượng quan trọng toán công suất  P  P2 R hao phí P=  R   U cos2   U cos   - Điều kiện toán công suất nguồn phát không đổi (P=const) => Ta đổi tượng toán, biểu diễn bảng gồm cột, số dòng tương ứng với số lượng tình thay đổi toán Trang SKKN - KỸ THUẬT CỘT CHO BÀI TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA KHI P = const 3.2.2 Các toán minh họa Bài Điện từ trạm phát điện đưa đến khu tái định cư đường dây truyền tải pha Cho biết, điện áp đầu truyền tăng từ U lên 2U số hộ dân trạm cung cấp đủ điện từ 120 lên 144 Cho chí tính hao phí đường dây, công suất tiêu thụ hộ dân nhau, công suất trạm phát không đổi hệ số công suất trường hợp Nếu điện áp truyền 4U trạm phát cung cấp điện đủ cho A 168 hộ dân B 150 hộ dân C 504 hộ dân D 192 hộ dân CÁCH GIẢI THÔNG THƯỜNG CÁCH GIẢI KHI DÙNG KỸ THUẬT CỘT Với phương pháp này, ta cần chuẩn hóa số đại lượng sau: - Cơng suất tồn phần P tương ứng với tổng số hộ dân cung cấp đủ điện theo lý thuyết Trang SKKN - KỸ THUẬT CỘT CHO BÀI TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA KHI P = const - Công suất tiêu thụ P’ tương ứng với số hộ dân cung cấp đủ điện thực tế - Cơng suất hao phí P tương ứng với số hộ khơng cung cấp đủ điện hao phí điện - Gọi x cơng suất hao phí điện áp đường truyền U, lúc dịng cột P’ = 120 Cơng suất nguồn phát P = P’ + P = 120 + x Ta có bảng cột sau: P (công suất U (điện áp P (công P’ (cơng nguồn phát) đường suất hao phí) suất tiêu thụ) (const) dây) 120+x U x 120 - Trường hợp thứ hai điện áp đường dây 2U, lúc cơng suất hao phí P= 𝑥 (do P ~ Lưu ý: P ~ 𝑈2 𝑥 ) Công suất nguồn phát P = P’ + P = 144 + 𝑈2 Bảng cột lúc P (const) U P P’ (công suất (điện áp (công suất (cơng suất nguồn phát) đường dây) hao phí) tiêu thụ) 120+x U x 120 2U 𝑥 144 144 + 𝑥 Trang SKKN - KỸ THUẬT CỘT CHO BÀI TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA KHI P = const - Trường hợp thứ ba, điện áp đường dây 4U, lúc công suất hao phí P= 𝑥 16 Bảng cột lúc P (const) U P P’ (công suất (điện áp (công suất (công suất nguồn phát) đường dây) hao phí) tiêu thụ) 120+x U x 120 2U 𝑥 144 4U 𝑥 16 - Do cơng suất nguồn phát không đổi; từ bảng ta được: 𝑥 120+x = 144 + => x = 32 Công suất hao phí trường hợp thứ ba: P= 𝑥 16 =2 Công suất nguồn phát P = 120 + 32 = 152 Vậy số hộ dân cần tìm trường hợp thứ ba tương ứng với P’ = P - P = 152 – = 150 hộ dân Đáp án D Bài Điện truyền xa với công suất không đổi P hiệu điện U = 4KV, hiệu suất trình truyền tải 80% Để hiệu suất trình truyền tải đạt 95% phải tăng hiệu điện lên đến giá trị A 8KV B 12KV C 4,5KV D 2KV CÁCH GIẢI THÔNG THƯỜNG Trang SKKN - KỸ THUẬT CỘT CHO BÀI TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA KHI P = const 𝑯𝟏 = 𝑷𝟏 −∆𝑷𝟏 =𝟏− 𝑷𝟏 ∆𝑷𝟏 𝑷 =𝟏− 𝑷𝟏 𝑹 𝟐 𝑼𝟏 𝒄𝒐𝒔𝟐 𝝋𝟏 => 𝟏 − 𝑯 = 𝑷𝟏 𝑹 𝟐 𝑼𝟏 𝒄𝒐𝒔𝟐 𝝋𝟏 (1) =𝟏− 𝑷𝟐 𝑹 𝟐 𝑼𝟐 𝒄𝒐𝒔𝟐 𝝋𝟐 => 𝟏 − 𝑯 = 𝑷𝟐 𝑹 𝟐 𝑼𝟐 𝒄𝒐𝒔𝟐 𝝋𝟐 (2) Tương tự 𝑯𝟐 = Lấy 𝑷𝟐 −∆𝑷𝟐 (1) (2) =𝟏− 𝑷𝟐 ta được: 𝑈2 𝑈1 ∆𝑷𝟐 𝑷 1−𝐻 = √1−𝐻1 Thay số ta U2 = 8KV Đáp án A HƯỚNG DẪN GIẢI THEO KỸ THUẬT CỘT - Bài nói đến hiệu suất nên ta chuẩn hóa cột P 100 tương ứng với hiệu suất 100% nguồn phát - Cột P’ chuẩn hóa theo hiệu suất mà đề nói đến - Ta có bảng sau: P (const) U P P’ (công suất (điện áp (công suất (công nguồn phát) đường dây) hao phí) suất tiêu thụ) Áp dụng: P ~ 100 4KV 100 – 80 = 20 80 1000 > 100 – 95 = 95 𝑈 để lập tỉ số:( 𝑈1 𝑈2 P ) = P2 ta kết theo bảng sau: Trang SKKN - KỸ THUẬT CỘT CHO BÀI TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA KHI P = const P (const) U P P’ (công suất (điện áp (công suất (cơng suất nguồn phát) đường hao phí) tiêu thụ) 100 – 80 = 80 dây) 100 4KV 20 1000 8KV 100 – 95 = 95 Đáp án A Bài Bằng đường dây truyền tải, điện từ nhà máy phát điện có cơng suất không đổi đưa đến xưởng sản xuất Nếu nhà máy điện, dùng máy biến áp có tỉ số vòng dây cuộn thứ cấp cuộn sơ cấp nơi sử dụng đủ cung cấp cho 80 máy hoạt động Nếu dùng máy biến áp có tỉ số vịng dây cuộn thứ cấp cuộn sơ cấp 10 nơi sử dụng cung cấp điện cho 95 máy hoạt động Nếu đặt xưởng sản xuất nhà máy điện cung cấp đủ điện tiêu thụ cho máy? A 90 B 100 C 115 D 105 HƯỚNG DẪN GIẢI THEO KỸ THUẬT CỘT - Chuẩn hóa đại lượng P P’ tương ứng số máy hoạt động theo lý thuyết theo tính tốn thực tế - Khi đặt xưởng sản xuất nhà máy điện cơng suất hao phí coi - Ta có bảng sau Trang SKKN - KỸ THUẬT CỘT CHO BÀI TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA KHI P = const P (const) U P P’ (công suất (điện áp (công suất (cơng suất tiêu nguồn phát) đường dây) hao phí) thụ) 80+x 5U x 80 10U 𝑥 95 U 95 + 𝑥 P = P’ Do công suất nguồn phát không đổi, ta được: 80+x = 95 + 𝑥 => x = 20 => P = 80 + 20 = 100 máy Vậy số máy hoạt động xưởng sản xuất đặt nhà máy phát điện 100 máy Đáp án B Bài Bằng đường dây truyền tải pha, điện từ nhà máy điện nhỏ đưa đến khu tái định cư Các kỹ sư tính tốn rằng, tăng điện áp từ U lên 3U số hộ dân nhà máy cung cấp đủ điện tăng từ 25 lên 225 Biết có hao phí đường dây đáng kể, hộ dân tiêu thụ điện Nếu điện áp truyền 5U nhà máy cung cấp đủ cho A 241 hộ dân B 265 hộ dân C 313 hộ dân D 205 hộ dân HƯỚNG DẪN GIẢI THEO KỸ THUẬT CỘT - Chuẩn hóa đại lượng P P’ tương ứng số hộ dân cung cấp đủ điện theo lý thuyết theo tính tốn thực tế - Ta có bảng sau: Trang 10 SKKN - KỸ THUẬT CỘT CHO BÀI TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA KHI P = const P (const) U P P’ (công suất (điện áp (công suất (công suất tiêu nguồn phát) đường dây) hao phí) thụ) 25+x U x 25 3U 𝑥 225 5U 𝑥 25 225 + 𝑥 Do công suất nguồn phát không đổi, ta được: 25+x = 225 + P = 250 => P’ = 250 – 225 25 𝑥 => x = 225 = 241 hộ dân P (const) U P P’ (công suất (điện áp (công suất (công suất tiêu nguồn phát) đường hao phí) thụ) U x 25 3U 𝑥 225 5U 𝑥 25 dây) 25+x 225 + 𝑥 25 + 225 = 250 250 – 225 25 = 241 Đáp án A Trang 11 SKKN - KỸ THUẬT CỘT CHO BÀI TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA KHI P = const Bài (Trích câu 37 – đề minh họa THPT QG 2019) Điện truyền từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ đường dây tải điện pha Để giảm hao phí đường dây người ta tăng điện áp nơi truyền máy tăng áp lí tưởng có tỉ sơ số vòng dây cuộn thứ cấp số vịng dây cuộn sơ cấp k Biết cơng suất nhà máy điện không đổi,điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn sơ câp không đôi,hệ sô công suât mạch điện băng Khi k = 10 cơng suất hao phí đường dây 10% công suất nơi tiêu thụ Để công suât hao phí đường dây 5% cơng suất nơi tiêu thụ k phải có giá trị A 19,1 B 13,8 C 15,0 D 5,0 HƯỚNG DẪN GIẢI THEO KỸ THUẬT CỘT - Theo đề ta được: P1  0.1P1 ' ; P2  0.05P2 ' ; U1 = 10U; U2 = kU - Ta có bảng sau: P P’ P (const) U P 10U P  10P1  P 11 10P1 P k.U P  10P2  P 21 20 P2 > Áp dụng: P ~ 𝑈 𝑈 𝑈2 để lập tỉ số:( ) = P2 P1 ta kết k = 13,8 Đáp án B V Hiệu đạt được: Những điểm khác biệt trước sau áp dụng sáng kiến: - Sang kiến giúp rút ngắn thời gian giải tập truyền tải điện – vấn đề lớn hình thức thi trắc nghiệm - Giúp học sinh quản lý số liệu toán chặt hơn, tránh bước giải lan man - Có áp dụng để giải tốn trắc nghiệm kể trình bày theo kiểu tự luận Lợi ích thu sáng kiến áp dụng: Sáng kiến giúp việc nhìn nhận tốn vấn đề “Truyền tải điện năng” trở nên đơn giản hơn, giải tốn khơng phải nhớ Trang 12 SKKN - KỸ THUẬT CỘT CHO BÀI TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA KHI P = const nhiều công thức qua nhiều bước rườm rà Hầu hết học sinh tiếp cận phương pháp sáng kiến giải tương tự VI Mức độ ảnh hưởng: Khả áp dụng giải pháp: Sáng kiến áp dụng rộng rãi tất đối tượng học sinh lớp 12 học qua kiến thức truyền tải điện VII Kết luận Hiện đề thi, đặc biệt đề thi THPT quốc gia, tập vật lí chiếm ưu thế, địi hỏi người học phải có cách nhìn nhận tốn, kĩ xử lý toán cách chuyên nghiệp Do việc hướng dẫn học sinh phân loại nắm vững phương pháp làm tốt tập việc cần thiết với giáo viên đường rút ngắn học sinh trường đại học “KỸ THUẬT CỘT CHO BÀI TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA KHI P = const” sáng kiến nhỏ phần giúp học sinh có nhìn đơn giản tốn truyền tải điện xa giải toán nhanh, gọn hơn, tiết kiệm nhiều thời gian Trong tương lai, mở rộng đề tài nhằm hướng tới cách giải tổng quát hơn, áp dụng nhiều dạng tập cho chuyên đề “Truyền tải điện xa” Tôi cam đoan nội dung báo cáo thật Xác nhận đơn vị áp dụng sáng kiến Người viết sáng kiến Đỗ Lê Quốc Lập Trang 13 SKKN - KỸ THUẬT CỘT CHO BÀI TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA KHI P = const TÀI LIỆU THAM KHẢO - Thầy Vũ Ngọc Anh (2018) Tài liệu ôn thi THPT QG 2018 < https://www.thayvungocanh.vn/> - Nguyễn Khắc Thu - Trần Đình Chiến - Ngô Thị Nhật - Nguyễn Ngọc Anh - Nguyễn Xuân - Trần Đình Vũ - Lê Vân Anh (2014) Tài liệu ôn thi THPT quốc gia môn vật lí, nhà xuất Đại học quốc gia Hà Nội Trang 14 ... 2U