Vật lí 9 Bài 36: Truyền tải điện năng đi xa

[Tên để làm gì]

[TẶNG BẠN] TRỌN BỘ Bí kíp học tốt 08 môn
Chắc suất Đại học top - Giữ chỗ ngay!!

ĐĂNG BÀI NGAY để cùng trao đổi với các thành viên siêu nhiệt tình & dễ thương trên diễn đàn.

Bài 36: Truyền tải điện năng đi xa​

I. TÓM TẮT LÍ THUYẾT​

1. 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.
Gọi [imath]P[/imath] là công suất điện cần truyền đi.
[imath]U[/imath] là hiệu điện thế hai đầu đường dây truyền tải điện.
[imath]I[/imath] là cường độ dòng điện trên đường dây tải điện.
[imath]R[/imath] là điện trở của đường dây tải điện.

+ Công suất điện cần truyền đi: [imath]P=U . I[/imath]
+ Công suất hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây dẫn: [imath]P_{hp} = I^2.R[/imath]

[math]\Rightarrow \mathscr{H}_{\mathrm{hp}}=\frac{\mathrm{R} \cdot \mathscr{P}^2}{\mathrm{U}^2}[/math]- 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.

2. Biện pháp làm giảm hao phí điện năng trên đường dây tải điện​

Để giảm hao phí trên đường dây tải điện, cách tốt nhất đang được áp dụng hiện nay là tăng hiệu điện thế đặt vào hai đầu đường dây.
Chú ý:

Có loại máy biến thế chỉ gồm một cuộn dây được gọi là máy biến thế tự ngẫu. Cuộn dây của loại máy này có nhiều đầu ra. Tùy thuộc vào nguồn điện và tải tiêu thụ nối với những đầu nào của cuộn dây mà máy có tác dụng tăng thế hoặc hạ thế. Ở hình vẽ nếu nguồn điện nối vào [imath]A, B[/imath] còn tải tiêu thụ nối vào [imath]A, C[/imath] thì máy có tác dụng hạ thế và ngược lại.

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 C1: Từ công thức (3) SGK có thể suy ra khi truyền tải một công suất điện [imath]P[/imath] xác định mà muốn giảm hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây thì có thể có những cách làm nào?

[math]\mathscr{P p p}=\frac{R \cdot \mathscr{P}^2}{\mathrm{U}^2}[/math] (3)

Lời giải:
Giảm điện trở [imath]R[/imath] của đường dây tải hoặc tăng điện áp [imath]U[/imath] giữa hai đầu đường dây truyền tải.

Bài C2: Muốn giảm điện trở của dây dẫn thì phải dùng dây dẫn có kích thước như thế nào? Giảm công suất hao phí bằng cách giảm điện trở của dây tải điện thì có gì bất lợi?

Lời giải:
Qua công thức: [imath]R=\rho.\dfrac{l}{S}[/imath], ta thấy muốn giảm điện trở thì phải tăng [imath]S[/imath], tức là dùng dây dẫn có tiết diện lớn. Khi đó thì dây có khối lượng lớn, đắt tiền, nặng, dễ gãy, phải có hệ thống cột điện lớn.
Giảm công suất hao phí bằng cách giảm điện trở dây tải điện thì có bất lợi: Tổn phí để tăng tiết diện [imath]S[/imath] của dây còn lớn hơn giá trị điện năng bị hao phí.

Bài C3: Nếu tăng hiệu điện thế ở hai đầu đường dây thì có lợi gì? Muốn vậy, chúng ta phải giải quyết những vấn đề gì?

Lời giải:
Tăng hiệu điện thế thì công suất hao phí sẽ giảm rất nhiều vì công suất hao phí tỉ lệ nghịch với bình phương hiệu điện thế đặt vào hai đầu dây. Muốn vậy phải chế tạo máy tăng hiệu điện thế khi truyền tải điện năng đi xa và giảm hiệu điện thế tại nơi tiêu thụ điện.

Bài C4 : Cùng một công suất điện [imath]P[/imath] được tải đi trên cùng một dây dẫn. Hãy so sánh công suất hao phí khi dùng hiệu điện thế [imath]500 000V[/imath] với khi dùng hiệu điện thế [imath]100 000V[/imath]

Lời giải:
Từ công thức [imath]\wp_{l_p}=\dfrac{R . \wp^2}{U^2}[/imath] ta thấy khi hiệu điện thế [imath]U[/imath] tăng [imath]5[/imath] lần thì công suất hao phí giảm [imath]5^2=25[/imath] lần.

Bài C5 : Hãy trả lời câu hỏi nêu ở đầu bài học.

Lời giải:
Ta phải xây dựng đường dây cao thế tuy tốn kém, nguy hiểm nhưng tiết kiệm được rất nhiều điện năng hao phí trên đường dây truyền tải, bớt khó khăn vì dây dẫn quá to, nặng.


----
Xem thêm:
[Vật Lí 9] Hệ thống mục lục các bài

 

[Tên để làm gì]

BÀI 36 - SÁCH BÀI TẬP​

Bài 4: Có hai đường dây tải điện tải đi cùng một công suất điện với dây dẫn cùng tiết diện, làm bằng cùng một chất. Đường dây thứ nhất có chiều dài [imath]100km[/imath] và hiệu điện thế ở hai đầu dây là [imath]100000kV[/imath], đường dây thứ hai có chiều dài [imath]200km[/imath] và hiệu điện thế [imath]200000kV[/imath]. So sánh công suất hao phí vì tỏa nhiệt [imath]P_1[/imath] và [imath]P_2[/imath] của hai đường dây.

A. [imath]P_1=P_2[/imath]
B. [imath]P_1=2P_2[/imath]
C. [imath]P_1=4P_2[/imath]
D. [imath]P_1=\dfrac{P_2}{2}[/imath]

Lời giải:
Chọn B. [imath]P_1=2P_2[/imath]
Do hai dây dẫn cùng làm bằng một chất liệu, cùng một công suất truyền tải và cùng một tiết diện nên [imath]\rho, P, S[/imath] của hai dây bằng nhau.
Công suất hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây tải điện khi dùng hiệu điện thế [imath]U_1[/imath] và [imath]U_2[/imath] lần lượt là:
Mặt khác: Điện trở của đường dây tải điện được tính bằng công thức: [imath]R=\rho \cdot \frac{l}{S}[/imath]
[imath]\rightarrow P_{h p 1}=P_1=\rho .\frac{l_1}{S} . \frac{P^2}{U_1^2} ; P_{h p 2}=P_2. \frac{l_2}{S} .\frac{P^2}{U_2^2}[/imath]
[imath]\rightarrow \frac{P_1}{P_2}=\dfrac{200000}{100000}=2[/imath]
Vậy [imath]P_1=2 P_2[/imath]

Bài 5: Vì sao người ta không dùng phương pháp giảm điện trở của đường dây tải điện làm giảm công suất hao phí vì tỏa nhiệt?

Lời giải:
Điện trở của đường dây tải điện được tính bằng công thức:
[imath]R=\rho.\dfrac{l}{S}[/imath]
Công suất hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây tải điện là:
[imath]P_{h p}=R. \dfrac{P^2}{U^2}[/imath]
[imath]\rightarrow P_{l p}=R.\dfrac{P^2}{U^2}= \rho. \dfrac{l}{S}.\dfrac{P^2}{U^2}[/imath]

Như vậy nếu dùng phương pháp giảm điện trở của đường dây thì ta phải phải giảm chiều dài l của dây( điều này đã bị khống chế vì quảng đường truyền tải đến 1 nơi là cố định) và tăng tiết diện [imath]S[/imath] của dây → khiến cho dây có kích thước rất lớn, dẫn đến tốn nguyên vật liệu làm dây và làm trụ cột chống đỡ đường dây.
Ngoài ra có thể giảm [imath]R[/imath] bằng cách chọn vật liệu làm dây có điện trở suất [imath]\rho[/imath] nhỏ nhưng cách này không hiệu quả vì giảm không được nhiều, đồng thời vật liệu có [imath]\rho[/imath] càng nhỏ thì càng quý và đắt tiền không kinh tế được.

Bài 6: Trên cùng một đường dây tải đi một công suất điện xác định dưới 1 hiệu điện thế [imath]100000V[/imath]. Phải dùng hiệu điện thế ở hai đầu đường dây này là bao nhiêu để công suất hao phí vì tỏa nhiệt giảm đi 2 lần ?

A. [imath]200000V[/imath]
B. [imath]400000V[/imath]
C. [imath]141000V[/imath]
D. [imath]50000V[/imath]

Lời giải:
Chọn C.
Công suất hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây tải điện khi dùng hiệu điện thế [imath]U[/imath] và [imath]Ư'[/imath] lần lượt là:
[imath]P_{l p 1}=R.\frac{P^2}{U^2}[/imath] và [imath]P_{l p 2}=R. \frac{P^2}{U^2}[/imath]
Để giảm hao phí hai lần thì:
[imath]\dfrac{P_{h p 2}}{P_{l p 1}}=\dfrac{1}{2}[/imath]
[imath]\rightarrow U^2=\sqrt{2}.U =141421V[/imath]

Bài 7: Trên cùng một đường dây tải đi một công suất điện xác định dưới 1 hiệu điện thế xác định, nếu dùng dây dẫn có đường kính tiết diện giảm đi 1 nửa thì công suất hao phí vì tỏa nhiệt sẽ thay đổi như thế nào?

A. tăng lên [imath]2[/imath] lần
B. tăng lên [imath]4[/imath] lần
C. Giảm đi [imath]2[/imath] lần
D. Giảm đi [imath]4[/imath] lần

Lời giải:
Chọn B. Tăng lên bốn lần.
Điện trở của đường dây tải điện được tính bằng công thức:
[imath]R=\rho. \dfrac{l}{S}[/imath]
Ta có công thức tính tiết diện dây dẫn tròn là: [imath]S=\pi. \dfrac{d^2}{4}[/imath]
([imath]d[/imath]: là đường kính của tiết diện dây dẫn).
[imath]\rightarrow R=\rho.\dfrac{l}{S}=\rho .\dfrac{l}{\frac{\pi . d^2}{4}}=\frac{4 \rho l}{\pi . d^2}[/imath]
Công suất hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây tải điện là:
[imath]P_{h p}=R .\dfrac{P^2}{U^2}[/imath]
[imath]\rightarrow P_{h p}=R.\dfrac{P^2}{U^2}=\dfrac{4 \rho l}{\pi. d^2} .\dfrac{P^2}{U^2}[/imath]
Như vậy ta thấy rằng nếu [imath]\mathrm{U}, \mathrm{P}[/imath] và / không thay đổi thì [imath]P_{hp}[/imath] tỷ lệ nghịch với bình phương đường kính tiết diện dây tải.
Nếu dùng dây dẫn có đường kính tiết diện giảm đi 1 nửa thì công suất hao phí vì tỏa nhiệt tăng 4 lần.

Bài 8: Vì sao khi muốn truyền tải điện năng bằng dây dẫn người ta phải dùng 2 máy biến thế đặt ở hai đầu đường dây tải điện?

Lời giải:
+ Muốn giảm hao phí phải tăng hiệu điện thế ở nơi phát lên, do đó phải đặt một máy biến thế (tăng thế ) ở đầu đường dây tải điện,
+ Ở nơi sử dụng điện, chỉ thường sử dụng hiệu điện thế [imath]220V[/imath]. Như vậy, phải có một máy biến thế thứ hai (hạ thế) đặt ở nơi sử dụng để giảm hiệu điện thế phù hợp với hiệu điện thế định mức của các thiết bị nơi tiêu thụ.


----
Xem thêm:
[Vật Lí 9] Hệ thống mục lục các bài