Học tốt Vật lí 12, bài 16: Truyền tải điện năng. Máy biến áp
- Chủ nhật - 11/08/2019 12:28
- In ra
- Đóng cửa sổ này
Hệ thống kiến thức lí thuyết cơ bản cần nhớ, hướng dẫn trả lời câu hỏi sách giáo khoa và giải bài tập Vật lí 12, bài 16: Truyền tải điện năng. Máy biến áp
A. Kiến thức cơ bản
1. Máy biến áp là thiết bị có khả năng biến đổi điện áp xoay chiều.
2. Nguyên tắc: Dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ.
3. Cấu tạo máy biến áp
Gồm có: 1 khung sắt non hình chữ nhật gọi là lõi biến áp.
Hai cuộn dây N1, N2 có số vòng dây quấn khác nhau, có điện trở rất nhỏ và có độ tự cảm lớn, cùng quấn trên khung.
Cuộn dây N1 nối với nguồn điện gọi là cuộn sơ cấp, cuộn dây N2 nối với tải tiêu thụ gọi là cuộn thứ cấp.
4. Công thức máy biến thế
Gọi N1, U1, I1 lần lượt là số vòng dây, điện áp hiệu dụng, cường độ dòng điện hiệu dụng ở cuộn sơ cấp.
Gọi N2, U2, I2 lần lượt là số vòng dây, điện áp hiệu dụng, cường độ dòng điện hiệu dụng ở cuộn thứ cấp.
Với máy biến áp làm việc trong điều kiện lí tưởng thì ta có công thức:
= 
và 
= 
Nếu
> 1: máy tăng áp
Nếu
< 1: máy hạ áp
Nhận xét: Khi một máy biến áp làm việc trong điều kiện lí tưởng:
1. Tỉ số các điện áp hiệu dụng ở cuộn thứ cấp và sơ cấp bằng tỉ số
.
2. Tỉ số các cường độ hiệu dụng ở mạch thứ cấp và mạch sơ cấp bằng nghịch đảo của tỉ số
.
3. Ở mỗi cuộn dây điện áp được làm tăng lên bao nhiêu lần thì cường độ hiệu dụng qua cuộn dây đó sẽ giảm đi bấy nhiêu lần và ngược lại.
5. Hiệu suất của máy biến áp
Hiệu suất =
.100%
Với P2: Công suất tiêu thụ ở mạch thứ cấp
P1: Công suất tiêu thụ đưa vào ở mạch sơ cấp
Trong điều kiện lý tưởng thì P2 = P1 => H = 100%, khi máy biến áp ở chế độ không tải thì nó hầu như không tiêu thụ điện năng.
6. Ứng dụng máy biến áp
a. Nấu chảy kim loại, hàn điện.
b. Truyền tải điện năng: Ta có sơ đồ truyền tải điện năng từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ điện.
=> Php= R
Để làm giảm Php có 2 cách:
* Giảm R phải tăng tiết diện dây (không kinh tế)
* Tăng u dùng máy biến áp tăng lên nhiều lần đúng mức truyền tải, khi đến nơi tiêu thụ, làm giảm xuống phù hợp tiêu dùng sản xuất.
B. TRẢ LỜI CÂU HỎI C1, C2, C3, C$, C5 SGK VẬT LÝ 12 BÀI 16
C1. Tại sao muốn giảm r, lại phải tăng tiết diện dây và tăng khối lượng đồng?
Trả lời:
Ta có r =
, nếu muốn giảm r thì phải tăng tiết diện S lên, nghĩa là phải tăng khối lượng dây đồng lên điều này tốn kém không phù hợp trong việc truyền tải điện năng.
C2. Tại sao các điện áp ở hai cuộn sơ cấp và thứ cấp có cùng tần số?
Trả lời:
Vì hầu như mọi đường sức từ do dòng điện sơ cấp gây ra đều đi qua cuộn thứ cấp, nói cách khác từ thông qua mỗi vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp là như nhau. Do đó tần số của cuộn sơ cấp phải bằng với tần số của cuộn thứ cấp.
C3. Giải thích sơ đồ thi nghiệm Hình 16.4.
Trả lời:
- Vôn kế V1, V2: Dùng để đo các điện áp ở hai đầu cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp.
- Ampe kế A1, A2: Dùng để đo các cường độ dòng điện chạy qua cuộn sơ cấp và thứ cấp.
Khóa K: dùng để đóng, ngắt mạch qua tải R ở cuộn thứ cấp.
C4. Giải thích sơ đồ truyền tải điện năng trên Hình 16.5.
Trả lời:
Điện áp ở đầu ra của nhà máy điện là 10kV, trước khi truyền đi xa, điện áp này thường được tăng đến giá trị 200kV bằng máy tăng áp. Gần đến nơi tiêu thụ, người ta dùng máy hạ áp để giảm điện áp xuống 5000V đến nơi tiêu thụ (gia đình, công sở) điện áp là 220V.
C5. Giải thích máy hàn điểm theo nguyên tắc biến áp trên Hình 16.6.
Trả lời:
Số vòng cuộn thứ cấp N2 = 5 vòng rất ít so với số vòng cuộn sơ cấp là N1 = 1000 vòng.
Cường độ dòng điện tỉ lệ nghịch với số vòng dây, nên cường độ của cuộn thứ cấp I2 là rất lớn
Dưới tác dụng của cường độ dòng điện này, que hàn nóng chảy và hàn dính hai tấm kim loại vào nhau.
C. TRẢ LỜI CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP SGK VẬT LÝ 12 BÀI 16 TRANG 91
1. Máy biến áp là gì? Nêu cấu tạo và nguyên tắc làm việc của biến áp.
Trả lời:
Máy biến áp là thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều.
Cấu tạo: Lõi sắt non hình chữ nhật.
Hai cuộn dây N1, N2 có số vòng dây quấn khác nhau. Cuộn dây N1 nối với nguồn điện gọi là cuộn sơ cấp, cuộn dây N2 nối với tải tiêu thụ gọi là cuộn thứ cấp.
Nguyên tắc hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, mắc hai đầu cuộn sơ cấp vào điện áp xoay chiều có tần số f. Dòng điện xoay chiều trong cuộn sơ cấp tạo ra từ thông biến thiên trong lõi sắt đi đến cuộn thứ cấp làm xuất hiện suất điện động cảm ứng. Khi máy biến áp hoạt động trong cuộn thứ cấp xuất hiện dòng điện xoay chiều cùng tần số với dòng điện ở cuộn sơ cấp.
2. Máy biến áp lí tưởng làm việc bình thường có tỉ số
= 3, khi (U1, I1) - (360V, 6A), thì (U2, I2) bằng bao nhiêu?
A. (1080V, 18A);
B. (120V, 2A);
C. (1080V, 2A);
D. (120V, 18A).
Trả lời:
Chọn đáp án C.
Ta có
= 3 = 
=> U2 = 3U1 => U2 = 3.360 = 1080(V)
= 3 = 
= I2= 
=> I2= 
= 2 (A)
3. Máy biến áp có cuộn so cấp gồm 2000 vòng, cuộn thử cấp gồm 100 vòng; điện áp và cường độ ở mạch sơ cấp là 120V, 0,8A. Điện áp và công suất ở cuộn thứ cấp là bao nhiêu?
A.6V, 96W;
B. 240V, 96W;
C. 6V, 4,8W,
D. 120V, 4,8W.
Trả lời:
Chọn đáp án A.
Ta có
= 
=> U2= 
U1=> U2= 6 (V)
= 
=> I2= 20 I1=> I2= 20.0,8 = 16 (A)
Công suất P2= U2I2= 6.16 = 96W.
4. Một biến áp có hai cuộn dây lần lượt có 10 000 vòng và 200 vòng.
a. Muốn tăng áp thì cuộn nào là cuộn sơ cấp? Nếu đặt vào cuộn sơ cấp điện áp hiệu dụng 220V thì điện áp hiệu dụng ở cuộn thứ cấp bằng bao nhiều?
b. Cuộn nào có tiết diện dây lớn hơn ?
Trả lời:
a) Để là máy tăng áp thì số vòng của cuộn dây thứ cấp phải lớn hơn số vòng dây của cuộn sơ cấp. Do đó số vòng cuộn sơ cấp N1 = 200 vòng, số vòng cuộn thứ cấp N2 = 10000 vòng.
Ta có
= 
=> U2= 
U1= 
. 220 = 11000 (V)
b) Cuộn sơ cấp có tiết diện dây lớn hơn vì N1 < N2.
5. Máy biến áp lí tường cung cấp một dòng diện 30A dưới một điện áp hiệu dụng 220V. Điện áp hiệu dụng ở cuộc sơ cấp là 5kV.
a. Tính công suất tiêu thụ ở cửa vào và ở cửa ra của biến áp.
b. Tính cường độ hiệu dụng ở cuộn sơ cấp.
Trả lời:
a) Bỏ qua sự hao phí của máy biến áp (biến áp lí tưởng).
P1 = P2 = U2.I2= 220.30 = 6600W
b) P1 = U1.I1=> I1=
= 
= 1,32 (A)
6. Một biến áp cung cấp một công suất 4 kW dưới một điện áp hiệu dụng 110V. Biến áp đó nối với đường dây tải diện có điện trở tổng là 2Ω
a. Tính cường độ hiệu dụng trên dường dây tải diện.
b. Tính độ sụt thế trên đường dây tải điện.
c. Tính điện áp hiệu dụng ở cuối đường dây tải điện.
d. Xác định công suất tổn hao trên đường dây đó.
e. Thay biến áp trên đây bằng một biến áp có cùng công suất nhưng diện áp hiệu dụng ở cửa ra là 220V. Tính toán lại các đại lượng nêu ra ở bốn câu hỏi trên.
Giải:
1. Máy biến áp là thiết bị có khả năng biến đổi điện áp xoay chiều.
2. Nguyên tắc: Dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ.
3. Cấu tạo máy biến áp
Gồm có: 1 khung sắt non hình chữ nhật gọi là lõi biến áp.
Hai cuộn dây N1, N2 có số vòng dây quấn khác nhau, có điện trở rất nhỏ và có độ tự cảm lớn, cùng quấn trên khung.
Cuộn dây N1 nối với nguồn điện gọi là cuộn sơ cấp, cuộn dây N2 nối với tải tiêu thụ gọi là cuộn thứ cấp.
4. Công thức máy biến thế
Gọi N1, U1, I1 lần lượt là số vòng dây, điện áp hiệu dụng, cường độ dòng điện hiệu dụng ở cuộn sơ cấp.
Gọi N2, U2, I2 lần lượt là số vòng dây, điện áp hiệu dụng, cường độ dòng điện hiệu dụng ở cuộn thứ cấp.
Với máy biến áp làm việc trong điều kiện lí tưởng thì ta có công thức:
= và = Nếu
> 1: máy tăng ápNếu
< 1: máy hạ ápNhận xét: Khi một máy biến áp làm việc trong điều kiện lí tưởng:
1. Tỉ số các điện áp hiệu dụng ở cuộn thứ cấp và sơ cấp bằng tỉ số
.2. Tỉ số các cường độ hiệu dụng ở mạch thứ cấp và mạch sơ cấp bằng nghịch đảo của tỉ số
.3. Ở mỗi cuộn dây điện áp được làm tăng lên bao nhiêu lần thì cường độ hiệu dụng qua cuộn dây đó sẽ giảm đi bấy nhiêu lần và ngược lại.
5. Hiệu suất của máy biến áp
Hiệu suất =
.100%Với P2: Công suất tiêu thụ ở mạch thứ cấp
P1: Công suất tiêu thụ đưa vào ở mạch sơ cấp
Trong điều kiện lý tưởng thì P2 = P1 => H = 100%, khi máy biến áp ở chế độ không tải thì nó hầu như không tiêu thụ điện năng.
6. Ứng dụng máy biến áp
a. Nấu chảy kim loại, hàn điện.
b. Truyền tải điện năng: Ta có sơ đồ truyền tải điện năng từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ điện.
=> Php= R
Để làm giảm Php có 2 cách:
* Giảm R phải tăng tiết diện dây (không kinh tế)
* Tăng u dùng máy biến áp tăng lên nhiều lần đúng mức truyền tải, khi đến nơi tiêu thụ, làm giảm xuống phù hợp tiêu dùng sản xuất.
B. TRẢ LỜI CÂU HỎI C1, C2, C3, C$, C5 SGK VẬT LÝ 12 BÀI 16
C1. Tại sao muốn giảm r, lại phải tăng tiết diện dây và tăng khối lượng đồng?
Trả lời:
Ta có r =
, nếu muốn giảm r thì phải tăng tiết diện S lên, nghĩa là phải tăng khối lượng dây đồng lên điều này tốn kém không phù hợp trong việc truyền tải điện năng.C2. Tại sao các điện áp ở hai cuộn sơ cấp và thứ cấp có cùng tần số?
Trả lời:
Vì hầu như mọi đường sức từ do dòng điện sơ cấp gây ra đều đi qua cuộn thứ cấp, nói cách khác từ thông qua mỗi vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp là như nhau. Do đó tần số của cuộn sơ cấp phải bằng với tần số của cuộn thứ cấp.
C3. Giải thích sơ đồ thi nghiệm Hình 16.4.
Trả lời:
- Vôn kế V1, V2: Dùng để đo các điện áp ở hai đầu cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp.
- Ampe kế A1, A2: Dùng để đo các cường độ dòng điện chạy qua cuộn sơ cấp và thứ cấp.
Khóa K: dùng để đóng, ngắt mạch qua tải R ở cuộn thứ cấp.
C4. Giải thích sơ đồ truyền tải điện năng trên Hình 16.5.
Trả lời:
Điện áp ở đầu ra của nhà máy điện là 10kV, trước khi truyền đi xa, điện áp này thường được tăng đến giá trị 200kV bằng máy tăng áp. Gần đến nơi tiêu thụ, người ta dùng máy hạ áp để giảm điện áp xuống 5000V đến nơi tiêu thụ (gia đình, công sở) điện áp là 220V.
C5. Giải thích máy hàn điểm theo nguyên tắc biến áp trên Hình 16.6.
Trả lời:
Số vòng cuộn thứ cấp N2 = 5 vòng rất ít so với số vòng cuộn sơ cấp là N1 = 1000 vòng.
Cường độ dòng điện tỉ lệ nghịch với số vòng dây, nên cường độ của cuộn thứ cấp I2 là rất lớn
Dưới tác dụng của cường độ dòng điện này, que hàn nóng chảy và hàn dính hai tấm kim loại vào nhau.
C. TRẢ LỜI CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP SGK VẬT LÝ 12 BÀI 16 TRANG 91
1. Máy biến áp là gì? Nêu cấu tạo và nguyên tắc làm việc của biến áp.
Trả lời:
Máy biến áp là thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều.
Cấu tạo: Lõi sắt non hình chữ nhật.
Hai cuộn dây N1, N2 có số vòng dây quấn khác nhau. Cuộn dây N1 nối với nguồn điện gọi là cuộn sơ cấp, cuộn dây N2 nối với tải tiêu thụ gọi là cuộn thứ cấp.
Nguyên tắc hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, mắc hai đầu cuộn sơ cấp vào điện áp xoay chiều có tần số f. Dòng điện xoay chiều trong cuộn sơ cấp tạo ra từ thông biến thiên trong lõi sắt đi đến cuộn thứ cấp làm xuất hiện suất điện động cảm ứng. Khi máy biến áp hoạt động trong cuộn thứ cấp xuất hiện dòng điện xoay chiều cùng tần số với dòng điện ở cuộn sơ cấp.
2. Máy biến áp lí tưởng làm việc bình thường có tỉ số
= 3, khi (U1, I1) - (360V, 6A), thì (U2, I2) bằng bao nhiêu?A. (1080V, 18A);
B. (120V, 2A);
C. (1080V, 2A);
D. (120V, 18A).
Trả lời:
Chọn đáp án C.
Ta có
= 3 = => U2 = 3U1 => U2 = 3.360 = 1080(V) = 3 = = I2= => I2= = 2 (A)3. Máy biến áp có cuộn so cấp gồm 2000 vòng, cuộn thử cấp gồm 100 vòng; điện áp và cường độ ở mạch sơ cấp là 120V, 0,8A. Điện áp và công suất ở cuộn thứ cấp là bao nhiêu?
A.6V, 96W;
B. 240V, 96W;
C. 6V, 4,8W,
D. 120V, 4,8W.
Trả lời:
Chọn đáp án A.
Ta có
= => U2= U1=> U2= 6 (V) = => I2= 20 I1=> I2= 20.0,8 = 16 (A)Công suất P2= U2I2= 6.16 = 96W.
4. Một biến áp có hai cuộn dây lần lượt có 10 000 vòng và 200 vòng.
a. Muốn tăng áp thì cuộn nào là cuộn sơ cấp? Nếu đặt vào cuộn sơ cấp điện áp hiệu dụng 220V thì điện áp hiệu dụng ở cuộn thứ cấp bằng bao nhiều?
b. Cuộn nào có tiết diện dây lớn hơn ?
Trả lời:
a) Để là máy tăng áp thì số vòng của cuộn dây thứ cấp phải lớn hơn số vòng dây của cuộn sơ cấp. Do đó số vòng cuộn sơ cấp N1 = 200 vòng, số vòng cuộn thứ cấp N2 = 10000 vòng.
Ta có
= => U2= U1= . 220 = 11000 (V)b) Cuộn sơ cấp có tiết diện dây lớn hơn vì N1 < N2.
5. Máy biến áp lí tường cung cấp một dòng diện 30A dưới một điện áp hiệu dụng 220V. Điện áp hiệu dụng ở cuộc sơ cấp là 5kV.
a. Tính công suất tiêu thụ ở cửa vào và ở cửa ra của biến áp.
b. Tính cường độ hiệu dụng ở cuộn sơ cấp.
Trả lời:
a) Bỏ qua sự hao phí của máy biến áp (biến áp lí tưởng).
P1 = P2 = U2.I2= 220.30 = 6600W
b) P1 = U1.I1=> I1=
= = 1,32 (A)6. Một biến áp cung cấp một công suất 4 kW dưới một điện áp hiệu dụng 110V. Biến áp đó nối với đường dây tải diện có điện trở tổng là 2Ω
a. Tính cường độ hiệu dụng trên dường dây tải diện.
b. Tính độ sụt thế trên đường dây tải điện.
c. Tính điện áp hiệu dụng ở cuối đường dây tải điện.
d. Xác định công suất tổn hao trên đường dây đó.
e. Thay biến áp trên đây bằng một biến áp có cùng công suất nhưng diện áp hiệu dụng ở cửa ra là 220V. Tính toán lại các đại lượng nêu ra ở bốn câu hỏi trên.
Giải:
Bản quyền bài viết thuộc về Sachgiai.com. Ghi nguồn Sách giải.com khi đăng lại bài viết này.