Một số giải pháp nâng cao hiệu quả làm bài tập phần truyền tải điện năng cho học sinh lớp 12 trường THPT nguyễn trãi

Giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề Trong đề tài này, tôi xin chia bài toán về truyền tải điện năng thành 4 dạng cơbản : DẠNG 1: BÀI TOÁN VỀ HAO PHÍ TRÊN ĐƯỜNG DÂY, CÔNG SUẤT NƠI T

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA

TRƯỜNG THPT NGUYỄN TRÃI

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ LÀM BÀI TẬP

PHẦN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG CHO HỌC SINH LỚP 12

TRƯỜNG THPT NGUYỄN TRÃI

Người thực hiện: Nguyễn Thị Kiều Oanh

Chức vụ: Giáo viên

SKKN thuộc lĩnh vực (môn): Vật lý

THANH HÓA, NĂM 2021

kinh nghiệm

6

giáo dục, với bản thân, đồng nghiệp và nhà trường

19

Tài liệu tham khảo

Danh mục các đề tài sáng kiến kinh nghiệm của tác giả

20

1 Mở đầu

1.2 Lý do chọn đề tài:

Trong chương trình vật lí 12, bài tập về truyền tải điện năng của phần điệnxoay chiều thường khó, đa số các em không làm được hoặc phương pháp giảichưa đủ tối ưu nên không đủ thời gian để giải bài dẫn đến kết quả thi không cao.Đặc biệt những câu về truyền tải điện năng luôn là những câu được dùng đểphân loại giữa học sinh khá và giỏi, do đó việc lĩnh hội kiến thức lý thuyết, vậndụng lý thuyết để có kỹ năng giải và làm chủ cách giải các dạng toán về phầnnày là một vấn đề không dễ, đòi hỏi người thầy phải chủ động về kiến thức vàphải có phương pháp hướng dẫn học sinh giải bài tập một cách ngắn gọn, dễhiểu, dễ nhớ mới có thể đáp ứng được yêu cầu

Với mong muốn tìm được phương pháp giải các bài toán trắc nghiệm mộtcách nhanh chóng, linh hoạt, cũng như giúp các em học sinh cảm thấy đơn giảnhơn trong việc giải các bài tập trắc nghiệm phần truyền tải điện năng Bản thântôi là giáo viên trực tiếp giảng dạy môn vật lí ở trường phổ thông, với kiến thức

và bằng kinh nghiệm thực tiễn của mình, tôi luôn trăn trở phải tìm ra được mộtgiải pháp tối ưu để hệ thống kiến thức về lý thuyết kết hợp với các bài tập điểnhình, sau đó phân chúng thành những dạng cơ bản từ đó đưa ra phương phápgiải cho từng dạng

LÀM BÀI TẬP PHẦN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG CHO HỌC SINH LỚP 12 TRƯỜNG THPT NGUYỄN TRÃI’’ cho SKKN của mình với hy vọng rằng tập tài liệu này giúpích cho các em học sinh trong quá trình kiểm tra, thi cử đạt kết quả cao hơn vàtrong quá trình học tập, các em có thể tự học dưới sự tổ chức, hướng dẫn của giáoviên theo các bước trong đề tài sẽ phát triển được tư duy độc lập, sáng tạo, cũngnhư bồi dưỡng hứng thú, tạo niềm tin và niềm vui trong học tập cho học sinh

Trong đề tài này các bài tập đã được hệ thống lại và phân dạng đầy đủ,lôgic, xúc tích và ý nghĩa vật lí của mỗi bài cũng được nhấn mạnh đồng thờicũng đảm bảo được tính thực tiễn và tính cập nhật theo đề thi mới của bộ GD-

ĐT Nên tôi tin chắc rằng sau khi giáo viên hướng dẫn học sinh tự học như tiếntrình trong đề tài của tôi thì hiệu quả học tập sẽ được nâng lên rõ rệt và bài tập

về truyền tải điện năng không còn là một phần khó đối với học sinh vì tất cả bàiđều đã được phân loại thành dạng có phương pháp giải cụ thể, dễ hiểu, ngắn gọn

ví dụ minh hoạ rõ ràng

1.4 Đối tượng nghiên cứu.

- Học sinh lớp 12: Trong năm học 2020- 2021

- Lý thuyết về truyền tải điện năng

- Phân loại các dạng bài tập phần truyền tải điện năng và đưa ra phươngpháp giải

1.5 Phương pháp nghiên cứu.

Để hoàn thành đề tài này tôi chọn phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Đọc các sách giáo khoa phổ thông, cácsách đại học, sách tham khảo phần bài toán về truyền tải điện năng

- Phương pháp thống kê: Chọn các bài toán có trong chương trình phổthông và gần gũi với đời sống hằng ngày

- Phương pháp phân tích và tổng hợp kinh nghiệm trong quá trình giảngdạy và thực tế đời sống

2 Nội dung

2.2 Cơ sở lý luận của sáng kiến kinh nghiệm:

KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ PHẦN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG.

1 Khảo sát về sự truyền tải điện năng.

Giả sử ta cần truyền đi công suất điện P từ nhà máy

đến nơi tiêu thụ trên một đường dây dẫn có điện trở

tổng cộng là R

Ta có: P UI cos   (cos  toàn mạch)

Trong đó: U là hiệu điện thế tại nhà máy

I là cường độ dòng điện chạy trên dây dẫn

S

 trong đó  là điện trở suất (đơn vị  m)

2 Cách giảm hao phí.

Ta có:

2 2

R

này quá tốn kém, mà hao phí lại chỉ giảm được ít Nếu không thay bằng dây dẫn

tiết diện thì khối lượng dây dẫn tăng lên, cột điện phải tăng lên để chịu đượctrọng lượng của dây dẫn nên đây cũng khơng phải lựa chọn tốt Như vậy, ta

Do đĩ người ta lựa chọn phương án tăng U để giảm hao phí trên đường dây

điện áp trạm phát

Trước khi đến nơi tiêu thụ, điện áp trên dây phải qua các trạm biến áp (cụ thể là hạ áp) để tạo ra hiệu điện thế phù hợp cho nơi tiêu thụ

3 Sơ đồ truyền tải điện năng cĩ sử dụng máy biến áp

- Tải tiêu thụ: Ptải  U Itải tải  U I2B 2BU2B  U ;Itải 2B  Itải

2.2 Thực trạng của vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm:

Với hình thức đề thi trắc nghiệm mơn vật lý của những năm gần đâyngày một dài và khĩ hơn Hơn thế nữa, yêu cầu của xã hội ngày càng cao nênnội dung đề thi luơn phải đáp ứng được sự sàng lọc và phân hĩa rõ nét, chính vìvậy yêu cầu kiến thức ngày một cao là tất yếu Mặt khác, với hình thức thi này,thời gian dành cho mỗi câu hỏi và bài tập là rất ngắn chỉ cĩ 1,25 phút Nếu họcsinh khơng được cung cấp các cơng thức tổng quát và các cơng thức hệ quả củamỗi dạng bài tập để tìm ra kết quả nhanh nhất thì khơng thể đủ thời gian để hồnthành tốt bài làm trong các kỳ thi và kiểm tra

Ngồi những khĩ khăn chung như trên thì phần kiến thức và bài tập về truyền tảiđiện năng luơn là một phần khĩ đối với học sinh trong chương trình Vật lí

Trong mục 1; 2 và 3 tác giả tham khảo tài liệu tham khảo 1;2, 3 và 5

THPT, khi đọc đề học sinh thường không định hướng được cách giải chứ chưanói đến giải nhanh, chính xác để phù hợp với một đề thi TNKQ như hiện nay.

2.3 Giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề

Trong đề tài này, tôi xin chia bài toán về truyền tải điện năng thành 4 dạng cơbản :

DẠNG 1: BÀI TOÁN VỀ HAO PHÍ TRÊN ĐƯỜNG DÂY, CÔNG SUẤT NƠI

TIÊU THỤ VÀ HIỆU SUẤT TRUYỀN TẢI ĐIỆN

Khi công suất đưa lên đường dây không đổi, điện áp tăng n lần thì công

suất hao phí giảm n

Bài toán tổng quát:

1

U

Giải: Ta có hiệu suất truyền tải: H P/ P P H P/ 1 P

Ví dụ 1: Người ta cần truyền một công suất điện 200 kW từ nguồn điện có điện

Độ giảm thế trên đường dây truyền tải là

Ví dụ 2: Một máy phát điện xoay chiều có công suất 1000 kW Dòng điện nó

phát ra sau khi tăng thế được truyền đi xa bằng một dây dẫn có tổng chiều dài

200 km, có đường kính 0,39 cm và làm bằng hợp kim có điện trở suất bằng

trên đường dây nếu điện áp đưa lên là 50 kV ?

Giải: Điện trở đường dây:

3 8

Công suất hao phí trên đường dây:

Ví dụ 3: Ở nơi phát người ta truyền công suất truyền tải điện năng là 1,2 MW dưới

điện áp 6 kV Điện trở của đường dây truyền tải từ nơi phát đến nơi tiêu thụ là 4,05

Chú ý: Khi công suất đưa lên đường dây không đổi, điện áp tăng n lần thì công

Ví dụ 4: Điện năng từ một trạm phát điện được đưa đến một khu tái định cư bằng

đường dây truyền tải một pha Cho biết, nếu điện áp tại đầu truyền đi tăng từ U lên 2Uthì số hộ dân được trạm cung cấp đủ điện năng từ 120 lên 144 Cho rằng chỉ tính đếnhao phí trên đường dây, công suất tiêu thụ điện của các hộ dân đều như nhau, công suấtcủa trạm phát không đổi và hệ số công suất trong các trường hợp đều bằng nhau Nếuđiện áp truyền đi là 4U thì trạm phát này cung cấp đủ điện năng cho

A 200 hộ dân B 300 hộ dân C 250 hộ dân D 150 hộ dân Giải: Ta có:

Thay vào (3) ta có:    120P tt  32P tt  nP tt  2P tt    n 150  hộ dân

Ví dụ 5: Một đường dây có điện trở tổng cộng 4 dẫn một dòng điện xoay chiềumột pha từ nơi sản xuất đến nơi tiêu dùng Điện áp hiệu dụng ở nguồn điện lúc phát

ra là 10 kV, công suất điện là 400 kW Hệ số công suất của mạch điện là cos   0,8

Có bao nhiêu phần trăm công suất bị mất mát trên đường dây do tỏa nhiệt ?

Ví dụ 6: Truyền tải một công suất điện 1 MW đến nơi tiêu thụ bằng đường dây

một pha, điện áp hiệu dụng đưa lên đường dây 10 kV Mạch tải điện có hệ số côngsuất 0,8 Muốn cho tỉ lệ năng lượng mất mát trên đường dây không quá 10% côngsuất truyền thì điện trở của đường dây phải có giá trị thỏa mãn

Ví dụ 7: Người ta cần truyền một công suất 5 MW từ nhà máy điện đến nơi tiêu

thụ cách nhau 5 km Hiệu điện thế hiệu dụng cuộn thứ cấp của máy tăng áp là

đường dây không quá 1% U thì tiết diện của đường dây dẫn phải thỏa mãn điều

 )

A S 8,5mm2 B S  10mm2 C S  6,5mm2 D S 5,5mm2

Giải: Chiều dài dây dẫn l = 2.d=10km = 10000m

Ví dụ 8: Một trạm phát điện xoay chiều có công suất không đổi, truyền điện đi

xa với điện áp đưa lên đường dây là 200 kV thì tổn hao điện năng là 30% Biết

hệ số công suất đường dây bằng 1 Nếu tăng điện áp truyền tải lên 500 kV thìtổn hao điện năng là

Trong mục các loại bài tập dạng 1 tác giả tham khảo tài liệu tham khảo 2,3 và 5

Ví dụ 9: Người ta truyền tải điện năng xoay chiều một pha từ một trạm phát đến

nơi tiêu thụ bằng dây dẫn có tổng chiều dài 20 km Dây dẫn làm bằng kim loại

là 1 Điện áp hiệu dụng và công suất truyền đi ở trạm phát điện là 10 kV và 500

kW Hiệu suất truyền tải điện năng là

tiêu thụ) cuối đường dây thì ta tính được công suất đưa lên đường dây vàcông suất hao phí trên đường dây

Ví dụ 10: Từ một máy phát điện người ta muốn truyền tới nơi tiêu thụ, bằng

truyền tải là 98% và nơi tiêu thụ nhận được công suất 196 kW Điện áp hiệudụng đưa lên đường dây là

Ví dụ 11: Người ta cần tải đi một công suất 1 MW từ nhà máy điện về nơi tiêu

thụ Dùng hai công tơ điện đặt ở biến thế và ở đầu nơi tiêu thụ thì thấy số chỉcủa chúng chênh lệch mỗi ngày đêm 216 kWh Tỉ lệ hao phí do truyền tải điệnnăng là

Ví dụ 12: Điện năng ở một trạm phát điện được truyền đi dưới điện áp 2 kV và

công suất 200 kW Hiệu số chỉ của công tơ ở trạm phát và công tơ tổng ở nơi

tiêu thụ sau mỗi ngày đêm chênh lệch nhau 480 kWh Tính công suất hao phítrên đường dây và hiệu suất của quá trình truyền tải điện là

đường dây để tải điện đi xa người ta dùng máy tăng áp có hiệu suất H.Lúc đó công suất và điện áp đưa lên đường dây được tính theo công thức:

Ví dụ 13: Một máy phát điện xoay chiều công suất 10 MW, điện áp hai cực máy

phát 10 kV Truyền tải điện năng từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ bằng dây dẫn có

hai đầu cuộn thứ cấp với đường dây Số vòng dây của cuộn thứ cấp của máy biến

áp gấp 40 lần số vòng dây của cuộn sơ cấp Hiệu suất của máy biến áp là 90% Biết

hệ số công suất đường dây bằng 1 Công suất hao phí trên đường dây bằng

Ví dụ 14: Một trạm phát điện truyền đi công suất 1000 kW bằng dây dẫn có

được nối với hai đầu cuộn sơ cấp của máy tăng áp lí tưởng mà số vòng dây củacuộn thứ cấp gấp 10 lần số vòng dây cuộn sơ cấp Biết hệ số công suất củađường dây là 1 Hiệu suất quá trình truyền tải là

Giải: Ta có:

4 2

mp

6 mp

Ví dụ 15: Cần phải tăng U lên bao nhiêu lần để công suất hao phí giảm đi 100

     U2  9, 406U1 Tăng điện áp lên 9,406 lần.

DẠNG 2: BÀI TOÁN VỀ SỰ THAY ĐỔI HIỆU SUẤT TRUYỀN TẢI

Ví dụ 1: Người ta truyền tải dòng điện xoay chiều một pha từ nhà máy điện đến

nơi tiêu thụ Khi điện áp ở nhà máy điện là 6 kV thì hiệu suất truyền tải là 73%

Để hiệu suất truyền tải là 97% thì điện áp ở nhà máy điện là

Ví dụ 2: Xét truyền tải điện trên một đường dây nhất định Nếu điện áp truyền

tải điện là 2 kV thì hiệu suất truyền tải là 80% Nếu tăng điện áp truyền tải lên 4

kV thì hiệu suất truyền tải là

Ví dụ 3: Hiệu suất truyền tải điện năng một công suất P từ máy phát điện đến

nơi tiêu thụ là 35% Dùng máy biến áp lí tưởng có tỉ số giữa cuộn thứ cấp và

Ví dụ 4: Cần truyền tải công suất điện và điện áp nhất định từ nhà máy điện đến

nơi tiêu thụ bằng dây dẫn có đường kính là d Thay thế dây truyền tải điện bằngmột dây dẫn khác cùng chất liệu nhưng có đường kính là 2d thì hiệu suất tải điện

là 91% Hỏi khi thay thế dây truyền tải bằng loại dây cùng chất liệu nhưng cóđường kính 3d thì hiệu suất truyền tải điện khi đó là bao nhiêu ?

Ví dụ 5: Một nhà máy phát điện gồm 4 tổ máy có cùng công suất P hoạt động

đồng thời Điện sản xuất ra được đưa lên đường dây và truyền đến nơi tiêu thụvới hiệu suất truyền tải là 80% Khi một tổ máy ngừng hoạt động thì hiệu suấttruyền tải khi đó là

Ví dụ 6: Điện năng được truyền từ nơi phát đến một khu dân cư bằng đường dây

một pha với hiệu suất truyền tải là 90% Nếu công suất sử dụng điện của khudân cư này tăng a% và giữ nguyên điện áp ở nơi phát thì hiệu suất truyền tảiđiện năng trên chính đường dây đó là 82% Tính a ?

Trong mục các loại bài tập dạng 2 tác giả tham khảo tài liệu tham khảo 3,4 và 5

Ví dụ 7: Điện năng được truyền từ nơi phát đến một khu dân cư bằng đường dây

một pha với hiệu suất truyền tải là 90% Coi hao phí điện năng chỉ do tỏa nhiệttrên đường dây và không vượt quá 20% Nếu công suất sử dụng điện của khudân cư này tăng 20% và giữ nguyên điện áp ở nơi phát thì hiệu suất truyền tảiđiện năng trên chính đường dây đó là

A 85,8% B 87,7% C 89,2% D 92,8%

Giải: Áp dụng công thức:

2 2tt

Ta cần phân biệt hai trường hợp: công suất đưa lên đường dây không đổi

(P = const) khác với trường hợp công suất nhận được cuối đường dây không đổi

~

+) Nếu P không đổi: 2 1 2 1

H 1 H

  

 

  

Hai bài toán tổng quát đặc biệt khi P ’ không đổi:

Bài toán tổng quát 1:

Cần tăng điện áp U bao nhiêu lần để giảm hao phí điện năng n lần ?

Ta có công suất truyền đi, điện áp lúc đầu, công suất hao phí ứng với:

Trước khi tăng áp:    P ; U ; P 1 1  1 ; Sau khi tăng áp:    P ; U ; P 2 2  2

2 1

2

2 2

Cần tăng điện áp U bao nhiêu lần để giảm hao phí điện năng n lần ? Biết

Ví dụ 1: Người ta truyền tải điện năng đến một nơi tiêu thụ bằng đường dây một

pha có điện trở R Nếu điện áp hiệu dụng đưa lên hai đầu đường dây là 220V thì

công suất truyền đến nơi tiêu thụ vẫn không thay đổi thì điện áp hiệu dụng đưalên hai đầu đường dây bằng bao nhiêu?

Ví dụ 2: Điện năng được truyền từ nơi phát đến một khu dân cư bằng đường dây

công suất truyền đến nơi tiêu thụ vẫn không thay đổi thì ta cần thay đổi cường

độ dòng điện như thế nào?

A Tăng 33,33% B Giảm 33,33% C Tăng 50% D Giảm 50%

Ví dụ 3: Trong quá trình truyền tải điện năng từ máy phát điện đến nơi tiêu thụ,

biết công suất nơi tiêu thụ được giữ không đổi Khi điện áp hiệu dụng hai đầu tải

là U thì độ giảm thế trên đường dây bằng 0,1U Giả sử hệ số công suất nơi tiêuthụ bằng 1 Để hao phí truyền tải giảm đi 100 lần so với trường hợp đầu thì điện

A 10,01U B 15U C 8,5,11U D 14,02U.

Mà    U 1    U U U 0,1U 1,1U       U 2  10,01U

Ví dụ 4: Từ một trạm điện, điện năng được truyền tải đến nơi tiêu thụ bằng

đường dây tải một pha Biết công suất truyền đến nơi tiêu thụ luôn không đổi,điện áp và cường độ dòng điện luôn cùng pha Ban đầu, nếu ở trạm điện chưa sửdụng máy biến áp thì điện áp hiệu dụng ở trạm điện bằng 1,2375 lần điện áphiệu dụng ở nơi tiêu thụ Để công suất hao phí trên đường dây truyền tải giảm

100 lần so với lúc ban đầu thì ở trạm điện cần sử dụng máy biến áp có tỉ lệ sốvòng dây của cuộn thứ cấp với cuộn sơ cấp là

Ví dụ 5: Điện năng được tải từ nơi phát đến nơi tiêu thụ bằng dây dẫn chỉ có điện

hao phí trên đường dây 100 lần (công suất tiêu thụ vẫn không đổi, coi điện áp nơitiêu thụ luôn cùng pha với dòng điện) thì phải nâng điện áp hiệu dụng nơi phát lên:

DẠNG 4: BÀI TOÁN QUAN HỆ CÔNG SUẤT HAO PHÍ VÀ CÔNG SUẤT

CUỐI ĐƯỜNG DÂY

Phương pháp

Lý thuyết:

đường dây thì ta có:

P a%P I R a%UI cos IR a%U cos U a%U cos

                    

được cuối đường dây thì ta có:

%

P a P

 

Ví dụ 1: Điện năng được truyền tải từ A đến B bằng hai dây đồng có điện trở tổng

trên đường dây bằng 5% công suất đưa lên đường dây ở A Công suất đưa lên ở A là

Giải:      P a%P    I R 0,05P 2     50 40 0,05P 2     P 2.10  6(W)

Ví dụ 2: Điện năng được truyền tải từ A đến B bởi hai dây có hệ số công suất bằng

0,96 Công suất hao phí trên dây tải điện bằng 5% công suất đưa lên đường dây ở

A Nếu điện áp đưa lên đường dây là 4000 V thì độ giảm thế trên đường dây là

Ví dụ 3: Điện năng được truyền tải từ A đến B bằng hai dây đồng có điện trở tổng

cộng là 5Ω Cường độ hiệu dụng trên đường dây tải điện là 100 A, công suất tiêuhao trên dây tải điện bằng 2,5 % công suất tiêu thụ ở B Công suất tiêu thụ ở B là

Giải: Áp dụng công thức ta có: I R2  0,025P B  100 5 0,025 2  P B  P B  2.10 (W) 6

Chú ý:

bằng a% công suất tiêu thụ trên tải thì:

Điện áp đưa lên đường dây lúc đó là:    U U  1   U U  1  I R 1

Ví dụ 4: Người ta truyền tải điện năng từ A đến B bằng hệ thống dây dẫn từ có

hạ thế lí tưởng Công suất hao phí trên dây bằng 5% công suất tiêu thụ ở B vàđiện áp ở cuộn thứ cấp của máy hạ thế có giá trị hiệu dụng 300 V luôn cùng pha

N2 R