Lý 12 Bài 16: Truyền tải điện năng. Máy biến áp

Trả lời nhanh

Bài 16 xoay quanh hai ý: máy biến áp đổi điện áp xoay chiều theo tỉ lệ U₂/U₁ = N₂/N₁ = I₁/I₂ (máy lí tưởng), và truyền tải điện đi xa phải tăng điện áp để giảm hao phí ΔP = P²r/(U²cos²φ). Đáp án bài tập trang 91: bài 2 chọn C (1080 V, 2 A); bài 3 chọn A (6 V, 96 W); bài 4: U₂ = 11 000 V.

Tóm tắt kiến thức cần nhớ

Máy biến áp gồm lõi thép ghép từ nhiều lá thép mỏng cách điện và hai cuộn dây quấn trên lõi. Cuộn nối nguồn là sơ cấp (N₁), cuộn nối tải là thứ cấp (N₂). Nguyên tắc hoạt động: cảm ứng điện từ, nên chỉ làm việc với dòng điện xoay chiều.
Máy biến áp lí tưởng (không hao phí): U₂/U₁ = N₂/N₁ và U₁I₁ = U₂I₂, suy ra I₁/I₂ = N₂/N₁.
N₂ > N₁: máy tăng áp; N₂ < N₁: máy hạ áp.
Hao phí trên đường dây: ΔP = I²r = P²r/(U²cos²φ), với P là công suất truyền đi, U là điện áp hiệu dụng ở đầu đường dây.

Mẹo nhớ: điện áp và cường độ dòng điện biến đổi ngược nhau. Điện áp tăng bao nhiêu lần thì dòng giảm bấy nhiêu lần, vì công suất không đổi.

Trả lời câu hỏi giữa bài

Câu C1 (trang 86)

Điện trở dây dẫn r = ρl/S. Muốn giảm r mà giữ nguyên chiều dài thì phải tăng tiết diện S, tức là dùng nhiều đồng hơn. Dây to và nặng kéo theo chi phí vật liệu và cột điện rất lớn, nên cách này không kinh tế.

Câu C2 (trang 88)

Gần như toàn bộ đường sức từ do cuộn sơ cấp sinh ra đều xuyên qua cuộn thứ cấp, nên từ thông qua mỗi vòng dây của hai cuộn biến thiên giống hệt nhau. Suất điện động cảm ứng ở cuộn thứ cấp vì thế biến thiên cùng chu kì với dòng sơ cấp, nghĩa là hai điện áp có cùng tần số.

Câu C3 (trang 88)

Vôn kế V₁, V₂: đo điện áp hai đầu cuộn sơ cấp và thứ cấp.
Ampe kế A₁, A₂: đo cường độ dòng điện qua cuộn sơ cấp và thứ cấp.
Khoá K: đóng hoặc ngắt mạch của tải R ở cuộn thứ cấp (K mở là biến áp chạy không tải).

Câu C4 (trang 90)

Điện áp ra của nhà máy được máy tăng áp nâng lên rất cao trước khi truyền đi để giảm hao phí. Gần nơi tiêu thụ, các máy hạ áp lần lượt hạ điện áp xuống mức an toàn, cuối cùng đến mức dùng trong gia đình, công sở (220 V).

Câu C5 (trang 90)

Máy hàn điểm có cuộn thứ cấp chỉ vài vòng, ít hơn rất nhiều so với cuộn sơ cấp hàng trăm đến hàng nghìn vòng. Điện áp thứ cấp rất nhỏ nhưng cường độ dòng thứ cấp rất lớn (I₂ = I₁N₁/N₂). Dòng lớn toả nhiệt mạnh (Q = I²Rt) làm chỗ tiếp xúc của hai tấm kim loại nóng chảy và dính vào nhau.

Giải bài tập trang 91 SGK

Bài 1: Máy biến áp là gì? Cấu tạo và nguyên tắc?

Máy biến áp là thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều mà không đổi tần số. Cấu tạo gồm lõi thép nhiều lá mỏng cách điện và hai cuộn dây điện trở nhỏ, số vòng khác nhau, quấn chung lõi. Hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ: dòng xoay chiều ở cuộn sơ cấp tạo từ thông biến thiên, làm xuất hiện suất điện động ở cuộn thứ cấp.

Bài 2: Chọn đáp án

Có N₂/N₁ = 3, U₁ = 360 V, I₁ = 6 A.

U₂ = 3U₁ = 3 × 360 = 1080 V.
I₂ = I₁/3 = 6/3 = 2 A.

Đáp án C. Loại A vì dòng tăng 3 lần là sai (điện áp tăng thì dòng phải giảm); loại B và D vì U₂ = 120 V chỉ đúng nếu máy hạ áp.

Bài 3: Chọn đáp án

N₁ = 2000, N₂ = 100, U₁ = 120 V, I₁ = 0,8 A.

U₂ = 120 × 100/2000 = 6 V.
Máy lí tưởng nên P₂ = P₁ = 120 × 0,8 = 96 W.

Đáp án A. Loại B vì đây là máy hạ áp (N₂ < N₁) nên U₂ không thể là 240 V. Loại C, D vì công suất phải bằng 96 W, không phải 4,8 W.

Bài 4: Máy biến áp lí tưởng có 10 000 vòng và 200 vòng

a) Muốn tăng áp thì U₂ > U₁, tức N₂ > N₁. Vậy cuộn 200 vòng là sơ cấp, cuộn 10 000 vòng là thứ cấp. Khi U₁ = 220 V: U₂ = 220 × 10 000/200 = 11 000 V.

b) I₁/I₂ = N₂/N₁ = 10 000/200 = 50, nên dòng ở cuộn 200 vòng lớn gấp 50 lần dòng ở cuộn 10 000 vòng. Cuộn có dòng lớn cần dây to để khỏi nóng, vậy cuộn 200 vòng có tiết diện dây lớn hơn.

Lỗi sai thường gặp

Viết ngược tỉ số: nhớ U₂/U₁ = N₂/N₁ (thứ cấp ở tử), còn với dòng điện thì I₁/I₂ = N₂/N₁.
Cho rằng tăng áp thì tăng công suất. Máy biến áp không tạo thêm năng lượng.
Nhầm U trong công thức hao phí: đó là điện áp ở đầu đường dây truyền tải, không phải điện áp nơi tiêu thụ.
Dùng nguồn một chiều cho máy biến áp: từ thông không biến thiên nên không có suất điện động cảm ứng.

Bài luyện tập có đáp án

Bài A. Máy biến áp lí tưởng có N₁ = 500 vòng, N₂ = 50 vòng, U₁ = 220 V. Cuộn thứ cấp nối điện trở R = 11 Ω. Tính U₂, I₂, I₁.

Đáp án: U₂ = 220 × 50/500 = 22 V; I₂ = 22/11 = 2 A; P = 22 × 2 = 44 W nên I₁ = 44/220 = 0,2 A.

Bài B. Truyền tải công suất P = 100 kW trên đường dây có điện trở r = 5 Ω, cos φ = 1. So sánh hao phí khi truyền ở 10 kV và ở 2 kV.

Đáp án: Ở 10 kV: I = 100 000/10 000 = 10 A, ΔP = 10² × 5 = 500 W (0,5% công suất). Ở 2 kV: I = 50 A, ΔP = 50² × 5 = 12 500 W (12,5%). Điện áp tăng 5 lần thì hao phí giảm 5² = 25 lần.

Tài liệu cùng bài

Lý thuyết Truyền tải điện năng. Máy biến áp
28 câu trắc nghiệm Truyền tải điện năng. Máy biến áp có đáp án
Giải SBT Vật Lí 12 Bài 16

Câu hỏi thường gặp

Công thức máy biến áp lí tưởng là gì?

U2/U1 = N2/N1 = I1/I2. Công suất hai cuộn bằng nhau: U1I1 = U2I2, nên điện áp tăng bao nhiêu lần thì cường độ dòng giảm bấy nhiêu lần.

Vì sao truyền tải điện đi xa phải dùng điện áp cao?

Hao phí ΔP = P²r/(U²cos²φ) tỉ lệ nghịch với bình phương điện áp. Tăng U lên n lần thì hao phí giảm n² lần, mà không cần tăng tiết diện dây đắt tiền.

Máy biến áp có dùng được với dòng điện một chiều không?

Không. Dòng một chiều không đổi tạo từ thông không đổi nên không gây suất điện động cảm ứng ở cuộn thứ cấp.

Bài 4 trang 91: cuộn nào có tiết diện dây lớn hơn?

Cuộn 200 vòng, vì dòng qua cuộn này lớn gấp 50 lần dòng qua cuộn 10 000 vòng nên cần dây to hơn để chịu dòng lớn.