Vì sao phải truyền tải điện năng đi xa? Công thức tính điện năng chi tiết

Các kiến thức trong bài truyền tải điện năng đi xa được áp dụng rất nhiều trong đời sống thức tế. Bên cạnh đó, đây cũng là bài tập trọng tâm trong phần luyện tập ôn thi học sinh giỏi Vật Lý 9. Bài viết dưới đây sẽ đề cập đến các nội dung cần thiết nhất, giúp các em tự rèn luyện và nâng cao kỹ năng tư duy.

Tại sao phải truyền tải điện năng đi xa?

Nhu cầu sử dụng điện của các hộ gia đình hiện nay ngày càng tăng cao. Mọi hoạt động sinh hoạt hằng ngày phần lớn đều cần dùng đến điện.

Tuy nhiên, vì tính chất của điện và để đảm bảo sự an toàn cho mọi người, máy phát điện không thể để gần các hộ gia đình. Do đó, để truyền tải điện năng đi xa để đáp ứng nhu cầu sử dụng của mọi nhà. Cũng như khi truyền tải điện năng đi xa, để giảm hao phí điện năng tốt hơn

Đồng thời khi cần phải truyền tải điện năng đi xa sẽ bằng các đường dây truyền tải điện. Người ta không sử dụng dòng điện 1 chiều mà sẽ sử dụng dòng điện xoay chiều cho các máy biến thế. Nguyên nhân vì quy trình hoạt động của máy biến thế dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Điều này cho thấy muốn có hiện tượng cảm ứng điện từ thì từ thông qua cuộn dây phải biến thiên. Vì vậy, chỉ có dòng điện xoay chiều mới làm cho từ thông biến thiên.

Sự hao phí điện năng trên đường dây truyền tải điện

Trong quá trình truyền tải điện năng đi xa bằng dây dẫn, có một phần điện năng bị hao phí. Nguyên nhân là vì xuất hiện hiện tượng tỏa nhiệt trên đường dây.

Tính điện năng hao phí trên đường dây truyền tải điện

Công thức truyền tải điện năng đi:

P = U.I

Công thức tính công suất điện hao phí trên đường dây dẫn:

Trong đó:

P: là công suất điện cần truyền đi.
U: là hiệu điện thế hai đầu đường dây truyền tải điện.
I: là cường độ dòng điện của đường dây tải điện.
R: là điện trở của đường dây tải điện.

Lưu ý: Từ công thức tính công suất hao phí, rút ra được kết luận công suất hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây dẫn điện tỉ lệ nghịch với bình phương hiệu điện thế của hai đầu đường dây dẫn điện.

Cách làm giảm hao phí

Cách để giảm hao phí trên đường dây tải điện là tăng hiệu điện thế hai đầu dây dẫn. Đây được đánh giá là cách tối ưu và hiệu quả nhất, được áp dụng nhiều trong thực tế.

Lưu ý: Máy biến thế tự ngẫu chỉ gồm một cuộn dây dẫn có nhiều đầu ra. Dựa vào nguồn điện và tải tiêu thụ được nối với đầu nào của cuộn dây dẫn mà máy sẽ thực hiện chức năng hạ thế hoặc tăng thế. Nếu tải nối vào đầu A, C và nguồn điện nối vào A, B thì máy sẽ hạ thế và ngược lại. (Xem hình minh họa bên dưới)

Vai trò của máy biến thế trong truyền tải điện năng đi xa

Máy biến thế hay còn gọi là máy biến áp, là một thiết bị điện từ tĩnh, hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Máy có khả năng biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác với cùng một tần số.

Vậy máy biến áp có vai trò gì trong quá trình truyền tải điện năng đi xa? Nếu máy xảy ra bất kỳ trục trặc nào, rất dễ dẫn đến tình trạng hao hụt điện năng và gây khó khăn trong việc truyền tải điện đến các hộ gia đình. Nói một cách dễ hiểu hơn, máy biến thế là thiết bị điện sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ nhằm mục đích truyền tải, đưa năng lượng điện hoặc các tín hiệu điện xoay chiều giữa các mạch điện hoạt động theo một nguyên lí nhất định.

Máy biến áp bao gồm các bộ phận chính sau đây:

Lõi thép MBA: dùng để dẫn từ thông, thường sử dụng các vật liệu dẫn từ tốt để chế tạo.
Dây quấn MBA: thường có cấu tạo từ nhôm hoặc đồng, có khả năng nhận năng lượng vào để truyền năng lượng ra.
Vỏ MBA: bao gồm nắp thùng và thùng.
Thùng MBA: thùng đựng lõi thép, dầu MBA và dây quấn, thực hiện nhiệm vụ tăng khả năng cách điện và tỏa bớt nhiệt ra môi trường.
Nắp thùng MBA: có nhiệm vụ chính là cách điện.
Ống bảo hiểm: thường có cấu tạo bằng thép, giữ cho MBA không bị hỏng do hiện tượng tràn dầu.

Các bài viết không thể bỏ lỡ
$\displaystyle$
Monkey Math - Ứng dụng học toán tiếng Anh chỉ với 2K/Ngày
$\displaystyle$
Ý nghĩa công suất điện và cách tính công suất điện tiêu thụ chi tiết nhất
$\displaystyle$
Đại cương về dòng điện xoay chiều và bài tập vận dụng | Vật lý 9

Bài tập về truyền tải điện năng đi xa lý 9 bài 36

Dưới đây là các bài tập về truyền tải điện năng đi xa, giúp các em hiểu rõ lý thuyết và vận dụng các kiến thức được học vào giải các bài tập tính toán cũng như lý giải được các hiện tượng trong thực tế.

Câu 1: Để truyền đi cùng một công suất điện, nếu đường dây tải điện được rút ngắn đi 4 lần thì công suất hao phí vì tỏa nhiệt sẽ:

A. Giảm 2 lần

B. Tăng 2 lần

C. Giảm 4 lần

D. Tăng 4 lần

Lời giải: Đáp án C

Giải thích: Khi đường dây truyền tải được rút ngắn đi 4 lần thì điện trở dây dẫn cũng giảm đi 4 lần, do đó hao phí tỏa nhiệt trên đường dây truyền tải cũng giảm đi 4 lần.

Câu 2: Khi truyền đi cùng một công suất điện đi xa, muốn làm giảm công suất hao phí vì tỏa nhiệt, người ta thường dùng cách nào trong các cách sau đây?

A. Giảm điện trở của đường dây

B. Giảm hiệu điện thế truyền tải

C. Tăng hiệu điện thế truyền tải

D. Tăng điện trở của đường dây

Lời giải: Đáp án C

Giải thích: Người ta thường tăng hiệu điện thế đặt vào hai đầu dây dẫn để giảm hao phí do tỏa nhiệt khi truyền tải điện năng đi xa. Đây cũng được xem là cách hiệu quả và tối ưu nhất.

Câu 3: Người ta cần truyền tải điện năng từ nhà máy điện đến khu dân cư. Ban đầu công suất điện là 100kW, nhưng sau đó do nhu cầu cần sử dụng nên công suất điện truyền đi tăng lên thành 200kW. Hao phí do trong quá trình truyền tải thay đổi như thế nào?

A. Tăng lên 2 lần

B. Tăng lên 4 lần

C. Giảm đi 2 lần

D. Giảm đi 4 lần

Lời giải: Đáp án B

Giải thích: Dựa vào công thức tính công suất hao phí P(hp) = R.P^2/U^2. Ta thấy khi công suất truyền tải tăng lên 2 lần thì hao phí truyền tải tăng lên 4 lần

Câu 4: Để truyền đi cùng một công suất điện, nếu đường dây tải điện tăng lên hai lần, công suất điện tăng lên 2 lần thì công suất hao phí vì tỏa nhiệt sẽ:

A. Tăng lên 2 lần

B. Tăng lên 4 lần

C. Tăng lên 8 lần

D. Tăng lên 16 lần

Lời giải: Đáp án C

Giải thích: Dựa vào công thức tính công suất hao phí P(hp) = R.P^2/U^2, ta thấy khi công suất truyền tải tăng lên 2, điện trở dây dẫn tăng lên 2 lần lần thì hao phí truyền tải tăng lên 8 lần.

Câu 5: Khi truyền tải điện năng từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ người ta tính được công suất hao phí do truyền tải là 10kW. Nhưng do nhu cầu thay đổi nên người ta phải năng công suất dòng điện lên 2 lần. Muốn cho hao phí do truyền tải vẫn là 10kW thì người ta phải

A. tăng tiết diện dây dẫn lên 2 lần

B. giảm tiết diện dây dẫn đi 2 lần

C. tăng hiệu điện thế truyền tải lên 1,41 lần

D. tăng hiệu điện thế truyền tải lên 2 lần

Lời giải: Đáp án D

Giải thích: Dựa vào công thức tính công suất hao phí điện năng P(hp) = R.P^2/U^2, khi công suất P tăng lên 2 lần và hiệu điện thế truyền tải U tăng lên 2 lần thì công suất hao phí không thay đổi.

Câu 6 : Dựa vào công thức tính công suất hao phí do tỏa nhiệt trong quá trình truyền tải điện năng, em hãy nêu 2 biện pháp có thể áp dụng để giảm công suất hao phí khi truyền tải một công suất điện xác định?

Lời giải:

Biện pháp thứ nhất: Tăng hiệu điện thế truyền tải. Đây là cách làm tối ưu và hiệu quả nhất
Biện pháp thứ hai: giảm điện trở dây dẫn (giảm chiều dài, tăng tiết diện dây dẫn, dùng vật liệu dẫn điện tốt)

Câu 7: Đường dây tải điện từ nhà máy thủy điện đến nơi tiêu thụ dài 120km. Dây dẫn được làm bằng đồng, cứ 1km có R = 0,4Ω. Người ta đo được cường độ dòng điện trên dây dẫn là 200A. Tính công suất hao phí trên đường dây?

Lời giải:

Điện trở dây dẫn là: R = 120.0,4 = 48 (Ω)

Công suất hao phí trên đường dây là:

P(hp) = R.I^2 = 48.2002 = 1920000 (W)

Câu 8 : Người ta cần truyền một công suất điện 100kW dưới một hiệu điện thế hiệu dụng 5kV đi xa. Trong quá trình truyền tải người ta đo được công suất hao phí trên đường dây là 10kW. Điện trở của dây dẫn là bao nhiêu?

Lời giải:

Đổi 100kW = 100000W; 10kW = 10000W; 5kV = 5000V

Vậy điện trở của dây dẫn là 25Ω

Câu 9: Người ta truyền tải dòng điện xoay chiều từ trạm phát điện cách nơi tiêu thu 15km bằng dây dẫn kim loại có điên trở suất p = 4.10-7 Ωm, tiết diện 0,5cm2. Điện áp và công suất ở trạm là 10kV và 600kW. Tính công suất tỏa nhiệt trên đường dây trong quá trình truyền tải điện năng.

Lời giải:

Đổi 15 km = 15000m; 10kV = 10000V; 600kW = 600000W; 0,5cm2 = 0,5.10-4m2

Điện trở của toàn dây dẫn là:

Công suất tỏa nhiệt trên đường dây dẫn là:

Câu 10: Biết công suất điện của nhà máy là 55 kW, khoảng cách từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ là 100 km, dây dẫn có điện trở tổng cộng là 60Ω

a) Tính công suất hao phí vì tỏa nhiệt trên đường dây tải trong hai trường hợp:

Hiệu điện thế hai đầu đường dây tải điện là 500V.
Hiệu điện thế giữa hai đầu dây tải điện là 50kV

b) Hãy nhận xét kết quả 2 trường hợp trên

Lời giải:

a) Cường độ dòng điện của dây dẫn là: I = P/U = 55000/500 = 110(A)

Công suất hao phí: P(hp) = R.I^2 = 60 . 110^2 = 726000(W)

Cường độ dòng điện trên đường dây là: I’ = P/U’ = 1,1(A)

Công suất hao phí là: P’(hp) = R.I'^2 = 60.1,1^2 = 72,6 (W)

b) Ta thấy: U’/U = 50000/500 = 100

P/P’ = 726000/72,6 = 10000

Kết luận: Hiệu điện thế trước lúc truyền đi xa tăng lên 100 lần thì công suất hao phí giảm đi 10000 lần.

Câu 11: Một trong những phương án giảm hao phí điện năng trên đường dây tải điện là giảm điện trở của dây dẫn. Cách làm này có gì bất lợi?

A. Phải làm dây dẫn có tiết diện lớn.

B. Tốn kém rất lớn lượng kim loại màu.

C. Phải có hệ thống cột điện lớn.

D. Các phương án A, B, C đều là những bất lợi.

→ Đáp án D

Câu 12: Trên cùng một đường dây tải đi cùng một công suất điện P, khi dùng hiệu điện thế 500kV thì công suất hao phí là P1; khi dùng hiệu điện thế 1000V thì công suất hao phí là P2. Tỉ số P2P1 có thể nhận kết quả nào trong các kết quả sau:

A. 250000.

B. 25000.

C. 2500.

D. 250.

→ Đáp án A

Câu 13: Đường dây tải điện dài 100km, truyền đi một dòng điện 300A. Dây dẫn bằng đồng cứ 1km có điện trở 0,2Ω. Công suất hao phí do tỏa nhiệt trên đương dây có thể là giá trị nào sau đây?

A. Php= 1800000kW.

B. Php= 1800000W.

C. Php= 1800000J.

D. Php= 180000kW.

→ Đáp án B

Câu 14: Để truyền đi một công suất điện, nếu đường dây tải điện dài gấp 3 thì công suất hao phí vì tỏa nhiệt sẽ

A. Tăng 3 lần.

B. Tăng 9 lần.

C. Giảm 3 lần.

D. Giảm 9 lần.

→ Đáp án A

Câu 15: Việc xây dựng đường dây tải điện Bắc - Nam của nước ta có hiệu điện thế lên tới 500kV nhằm mục đích gì?

A. Đơn giản là để truyền tải điện năng.

B. Để tránh ô nhiễm môi trường.

C. Để giảm hao phí điện năng.

D. Để thực hiện việc an toàn điện.

→ Đáp án C

XÂY DỰNG NỀN TẢNG TOÁN HỌC VỮNG CHẮC CHO TRẺ TỪ NHỎ VỚI ĐA PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC TÍCH CỰC, CHI PHÍ CỰC RẺ CHƯA ĐẾN 2K/NGÀY CÙNG MONKEY MATH.

Kiến thức liên quan đến bài Truyền tải điện năng đi xa đã được Monkey cập nhật chi tiết và chính xác. Hy vọng bài viết đã cung cấp những thông tin bổ ích, giúp các em đạt được nhiều kết quả tốt trong quá trình tự học môn Vật Lý 9.