BÀI 36. TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA
I. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM
1. Sự 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.
+ Giả sử muốn truyền tải công suất điện P bằng một đường dây có điện trở R và đặt vào hai đầu đường dây một hiệu điện thế U, công suất hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây được xác định như sau:
- Công suất của dòng điện: P = U.I
- Công suất tỏa nhiệt (hao phí): Php = I2.R
⇒ Công suất hao phí do tỏa nhiệt: \({{P}_{hp}}={{I}^{2}}R=\frac{{{P}^{2}}R}{{{U}^{2}}}\)
- Công suất hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây dẫn tỉ lệ nghịch với bình phương hiệu điện thế đặt vào hai đầu dây dẫn
2. Cách làm giảm hao phí
+ Để giảm hao phí trên đường dây truyền tải điện năng đi xa ta có các phương án sau:
- Giảm điện trở R của đường dây tải điện: Tăng tiết diện dây dẫn (tốn kém); Chọn dây có điện trở suất nhỏ (tốn kém)
- Tăng hiệu điện thế (thường dùng)
+ Khi truyền tải điện năng đi xa phương án làm giảm hao phí hữu hiệu nhất là tăng hiệu điện thế đặt vào hai đầu dây dẫn bằng các máy biến thế
II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP
Dạng 1. 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.
Dạng 2. Xác định hao phí điện năng trên đường dây tải điện
+ Công suất hao phí do tỏa nhiệt: \({{P}_{hp}}={{I}^{2}}R=\frac{{{P}^{2}}R}{{{U}^{2}}}\)
+ Công suất tại nơi tiêu thụ là: P’ = P – Php.
+ Hiệu suất truyền tải là: \(H = \frac{{P'}}{P}.100\% = \frac{{P - {P_{hp}}}}{P}.100\% = \left( {1 - \frac{{P{\rm{R}}}}{{{U^2}}}} \right).100\% \)
Trong đó P (W) là công suất cần truyền đi; U (V) là hiệu điện thế đặt vào hai đầu đường dây, R (W) là điện trở của dây dẫn.
III. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA
Câu C1 (trang 99 SGK Vật Lí 9):
Từ công thức \({{P}_{hp}}=\frac{{{P}^{2}}R}{{{U}^{2}}}\) có thể suy ra khi truyền tải một công suất điện P xác định mà muốn giảm hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây thì có thể có những cách làm nào?
Trả lời:
Do P có giá trị xác định nên muốn giảm hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây thì có thể có 2 cách là giảm điện trở R của đường dây tải; hoặc tăng điện áp U giữa hai đầu đường dây truyền tải.
Câu C2 (trang 99 SGK Vật Lí 9):
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 dây tải điện thì có gì bất lợi?
Trả lời:
Từ công thức tính điện trở của dây dẫn là \(R=\rho \frac{\ell }{S}\) ta thấy muốn giảm điện trở thì phải tăng S, 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 S của dây còn lớn hơn giá trị điện năng bị hao phí.
Câu C3 (trang 99 SGK Vật Lí 9):
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?
Trả lời:
Tăng hiệu điện thế U thì công suất hao phí Php sẽ giảm rất nhiều (Do Php tỉ lệ nghịch với U2)
Muốn vậy chúng ta phải chế tạo máy tăng hiệu điện thế.
Câu C4 (trang 99 SGK Vật Lí 9):
Cùng một công suất điện P được tải đi trên cùng một dây dẫn. Hãy so sánh công suất hao phí khi dùng hiệu điện thế 500 000 V với khi dùng hiệu điện thế 100 000 V
Trả lời:
Ta có: 500 000 V = 5.100 000 V
Khi hiệu điện thế tăng 5 lần thì công suất hao phí giảm 52 = 25 lần.
Như vậy công suất hao phí khi dùng hiệu điện thế 500 000V giảm 25 lần so với khi dùng hiệu điện thế 100 000V.
Câu C5 (trang 99 SGK Vật Lí 9):
Hãy trả lời câu hỏi nêu ở đầu bài học.
“Đường dây tải điện Bắc – Nam của nước ta có hiệu điện thế 500 000 V. Đường dây tải điện từ huyện đến xác có hiệu điện thế 15 000 V. Đó là những đường dây cao thế. Ở gần đường dây cao thế rất nguy hiểm. Các dụng cụ điện trong nhà chỉ cần hiệu điền thế 220 V. Vậy tại sao lại phải xây dựng đường dây cao thế vừa tốn kém vừa nguy hiểm?”
Trả lời:
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 và nặng.
Trên đây là gợi ý giải bài tập Vật Lý 9 bài truyền tải điện năng đi xa do giáo viên Ican trực tiếp biên soạn theo chương trình mới nhất. Chúc các bạn học tập vui vẻ.