Giúp học sinh làm tốt bài toán truyền tải điện năng thông qua sơ đồ truyền tải điện năng

Mục lục
Nội dung
1: Mở đầu
1.1. Lý do chọn đề tài
1.2.Mục đích nghiên cứu
1.3. Đối tượng nghiên cứu
1.4. Phương pháp nghiên cứu
2: Nội dung
2.1. Cơ sở lý luận của sáng kiến kinh nghiệm
2.1.1. Máy biến áp
2.1.2. Sự truyền tải điện năng đi xa
2.2. Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm
2.3.Giải pháp giúp học sinh làm tốt bài toán truyền tải điện năng
2.3.1. Sơ đồ truyền tải điện năng
2.3.2.Các công thức cần chú ý
2.3.3. Một số bài tập ví dụ
2.4. Kiểm nghiệm đề tài
3: Kết luận, kiến nghị
3.1. Kết luận
3.2. Kiến nghị
Tài liệu tham khảo

Trang
2
2
2
3
3
4
4
4

6
6
7
8
9
10
16
17
17
17
18

1


1. Mở đầu
1.1. Lý do chọn đề tài
Vật lý là một trong những nghành khoa học cơ bản nhất của Khoa học tự
nhiên, và cũng là nghành có nhiều ứng dụng trong cuộc sống. Sự phát triển của
khoa học công nghệ gắn liền với sự phát triển của vật lý học. Phần Điện xoay
chiều của chương trình lớp 12 là phần có nhiều ứng dụng mà ta ta dễ nhìn thấy
nhất trong cuộc sống hàng ngày thông qua quá trình sử dụng điện năng. Và nó
cũng là một chương quan trọng, chiếm tỉ lệ số câu hỏi cao hơn các chương khác
trong kỳ thi THPT Quốc gia và kỳ thi HSG. Đặc biệt những câu về truyền tải
điện năng luôn là những câu được dùng để phân loại giữa Học sinh khá và giỏi.
Trong các môn học của chương trình PTTH Vật lý là một môn học khó và
trừu tượng. Các bài tập vật lý cũng rất đa dạng và phong phú, có rất nhiều bài
liên quan đến thực tế đời sống hàng ngày. Trong khi đó theo phân phối chương
trình của môn Vật lý 12 số tiết bài tâp lại hơi ít so với nhu cầu cần củng cố và
nâng cao kiến thức cho Học sinh. Chính vì thế, người giáo viên phải làm thế nào

để tìm ra phương pháp tốt nhất giúp cho Học sinh hiểu rõ được bản chất vấn đề
từ đó tạo niềm say mê yêu thích môn học, đồng thời giúp Học sinh phân loại các
dạng bài tập và hướng dẫn cách để Học sinh làm được các bài toán liên quan.
Tuy nhiên qua quá trình giảng dạy môn vật lý ở lớp 12 các năm qua tôi
nhận thấy đa số Học sinh đều có thể làm được các bài tập ở mức độ nhận biết và
thông hiểu, nhưng với các bài tập vận dụng nhất là các bài vận dụng ở mức độ
cao và các bài tập có ứng dụng trong thực tế thì rất ít Học sinh làm được. Trong
đó chương điện xoay chiều là chương mà Học sinh cảm thấy khó nhất trong
chương trình Vật lý 12, đặc biệt là các bài toán về truyền tải điện năng đi xa.
Với mong muốn giúp học sinh nắm được kiến thức cơ bản, vận dụng giải
được các bài tập nâng cao của phần truyền tải điện năng, nâng cao kết quả của
kỳ thi THPT quốc gia và kì thi HSG cấp tỉnh tôi chọn đề tài: “Giúp Học sinh
làm tốt bài toán truyền tải điện năng thông qua sơ đồ truyền tải điện”.
Mặc dù đây không phải là đề tài mới mẻ, trong quá trình tìm hiểu thực
hiện đề tài Tôi thấy có rất nhiều các sáng kiến kinh nghiệm cũng viết về vấn đề
này, tuy nhiên các đồng nghiệp trong tổ bộ môn ở trường Tôi thì chưa ai nghiên
cứu. Mặt khác qua quá trình giảng dạy và học tập của Học sinh Tôi trực tiếp dạy
mấy năm qua, Tôi nhận thấy đây là một trong những đề tài cần được nghiên cứu
để giúp Tôi dạy tốt hơn, từ đó Học sinh hiểu bài hơn làm được nhiều các bài tập
ở mức độ cao, giúp Học sinh có thể đạt được kết quả cao hơn trong các kỳ thi
quan trọng, góp phần quyết định tương lai sau này của các em.
1.2. Mục đích nghiên cứu:
Đề tài nhằm giúp Học sinh lớp 12 nắm vững kiến thức cơ bản của máy biến
áp và truyền tải điện năng. Xây dựng và hiểu được sơ đồ truyền tải điện năng,
phân loại được các dạng bài tập, nhớ được các công thức liên quan từ đó vận
dụng làm được các bào tập cơ bản. Với các em Học sinh khá giỏi có thể làm
được các bài tập nâng cao góp phần nâng cao thành tích trong kỳ thi THPT quốc
gia và kỳ thi HSG cấp tỉnh.
Thông qua quá trình thực hiện đề tài giúp bản thân có thêm kinh nghiệm
trong việc tự học, nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu quả giảng dạy. Xây dựng

2


một chuyên đề sâu, chi tiết có thể làm tài liệu giảng dạy cho bản thân và có giá
trị tham khảo cho các đồng nghiệp trong quá trình dạy Học sinh ôn thi vào các
trường ĐH và thi Học sinh giỏi cấp tỉnh.
1.3. Đối tượng nghiên cứu:
- Tóm tắt sơ lược lý thuyết về máy biến áp và truyền tải điện năng.
- Vẽ sơ đồ truyền tải điện năng, chú thích các công thức cần dùng, các
vấn đề cần chú ý trong quá trình truyền tải điện năng.
- Nêu một số các bài tập ví dụ điển hình.
- Đề xuất một số bài toán tham khảo
1.4. Phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp nghiên cứu xây dựng cơ sở lý thuyết.
- Phương pháp điều tra khảo sát thực tế, thu thập thông tin.
- phương pháp tổng kết rút kinh nghiệm.
- Phương pháo điều tra khảo sát.

3


2. Nội dung
2.1. Cơ sở lý luận của sáng kiến kinh nghiệm.
2.1.1. Máy biến áp
a. Khái niệm: Máy biến áp là một thiết bị dùng để biến đổi một dòng điện xoay
chiều thành một dòng điện xoay chiều khác cùng tần số
nhưng có hiệu điện thế khác nhau.
b. Cấu tạo
+ Máy biến áp cấu tạo gồm có hai cuộn dây có số
vòng khác nhau quấn trên một lõi sắt kín. Lõi biến áp

gồm nhiều lá sắt hoặc thép pha silic mỏng ghép cách
điện với nhau để giảm hao phí dòng Fu-cô và tăng
cường từ thông qua mạch.
+ Hai cuộn dây thường làm bằng đồng, đặt cách điện
Hình 1
với nhau và cách điện với lõi.
+ Trong thực thế thì máy biến áp có dạng như hình 1,
còn trong việc biểu diễn sơ đồ máy biến áp thì có dạng
như hình 2
Hình 2

c. Nguyên tắc hoạt động
Hoạt động của máy biến áp dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Một
trong hai cuộn dây của máy biến áp được nối với nguồn điện xoay chiều, được
gọi là cuộn sơ cấp có N1 vòng dây. Cuộn thứ hai được nối với tải tiêu thụ điện
năng, được gọi là cuộn thứ cấp có N2 vòng dây. Dòng điện xoay chiều chạy
trong cuộn sơ cấp gây ra từ thông biến thiên qua cuộn thứ cấp, làm xuất hiện
trong cuộn thứ cấp một suất điện động xoay chiều. Nếu mạch thứ cấp kín thì có
dòng điện chạy trong cuộn thứ cấp.
d. Sự biến đổi hiệu điện thế và cường độ dòng điện qua máy biến áp.
Gọi N1, N2 là số vòng của cuộn sơ cấp và thứ cấp.
Gọi U1, U2 là hiệu điện thế 2 đầu cuộn sơ cấp và thứ cấp.
Gọi I1, I2 là cường độ hiệu dụng của dòng điện 2 đầu
cuộn sơ cấp và thứ cấp(Hình vẽ bên ).
- Khi nối cuộn sơ cấp với mạch điện xoay chiều có
hiệu điện thế hiệu dụng U1, dòng điện xoay chiều i1,
trong cuộn sơ cấp làm phát sinh một từ trường biến thiên
điều hoà tập trung trong lõi biến áp. Tại mọi thời điểm từ
thông φ qua mọi tiết diện của lõi có giá trị tức thời như nhau. Trong khoảng thời
gian ∆t rất nhỏ từ thông biến thiên gây ra ở mỗi cuộn dây sơ cấp là: e1 = − N1

, còn ở cuộn thứ cấp là: e2 = − N 2
Từ đó suy ra

∆Φ
.
∆t

∆Φ
∆t

e2 N 2
=
. (1)
e1 N 1

4


- Thông thường điện trở của cuộn sơ cấp là rất nhỏ nên hiệu điện thế u 1 ở
hai đầu cuộn sơ cấp có giá trị xấp xỉ bằng suất điện động e1.
- Nếu mạch thứ cấp hở thì hiệu điện thế u 2 ở hai đầu cuộn thứ cấp có giá
trị bằng suất điện động e2. Do đó:

u 2 e2
N
≈
= 2 (2).
u1 e1
N1

- Hiệu điện thế và suất điện động ở hai đầu sơ cấp và thứ cấp biến thiên
điều hòa cùng pha, cùng tần số, nên ta có thể thay giá trị tức thời bằng giá trị
hiệu dụng:

U2 N2
=
(3)
U 1 N1

- Vậy tỉ số hiệu điện thế hiệu dụng ở hai đầu cuộn thứ cấp và sơ cấp bằng
tỉ số vòng dây của hai cuộn đó.
+ Nếu N2 > N1 thì U2 > U1: máy biến áp là máy tăng áp.
+ Nếu N2 < N1 thì U2 < U1: máy biến áp là máy hạ áp.
- Khi mạch thứ cấp nối với tải tiêu thụ thành một mạch kín thì U 2 < e2; tuy
nhiên người ta vẫn sử dụng công thức (3) như một công thức gần đúng.
- Nếu dòng điện trong cuộn sơ cấp và thứ cấp cùng pha với hiệu điện thế
thì công suất tiêu thụ ở hai mạch sơ cấp và thứ cấp là P1 = U1I1 và P2 = U2I2. Nếu
coi những hao phí do các dòng Fucô trong lõi và do toả nhiệt trên các cuộn dây
là không đáng kể, thì điện năng qua máy biến thế được bảo toàn, nghĩa là công
suất ở hai mạch sơ cấp và thứ cấp là như nhau: P1 = P2.
Suy ra

I1 U 2 N 2
=
=
.
I 2 U 1 N1

Như vậy máy biến áp tăng hiệu điện thế lên bao nhiêu lần thì giảm
cuờng độ dòng điện đi bấy nhiêu lần và ngược lại [1].

e.Các công thức thường dùng của máy biến áp.
 E1 = U1
 E2 = U 2

+ Cuộn dây cuộn sơ cấp và thứ cấp thuần cảm thì 

U

I

N

1
2
1
+ H = 100% (Bỏ qua hao phí dòng Fucô), ( cos ϕ2 = 1) ⇒ U = I = N
2
1
2

 N1 U L1
=

N
r
+ Cuộn dây cuộn sơ cấp có điên trở trong 1 thì  2 U 2
U 2 = U 2 + U 2
L1
r1
 1

+ Cuộn dây cuộn sơ cấp có điên trở trong r1 và cuộn thứ cấp có điên trở trong
r2 và mạch ngoài có điên trở R
 N1 I 2
N = I = k
 2
1

[8]
 U1 = r1 + k + kr2
U 2 kR
R
U L1 E1 I 2 N1
U L1
U 1 N1
+ U = U = E = I = N . (Không được áp dụng công thức U = N )[2]
L2
2
1
2
L2
2
2
P

U .I .cos ϕ

2
2 2
2

+ Hiệu suất: H = P .100% = U .I .cos ϕ ×100% [2].
1
1 1
1

5


2..1.2. Sự truyền tải điện năng đi xa.
+ Điện năng được sản xuất từ các nhà máy điện truyền tải đến nơi
tiêu thụ bằng đường dây dẫn dài hàng trăm km. trong quá trình truyền tải điện
một phần điện năng chuyển thành nhiệt năng tỏa ra trên dây dẫn điện, đây là
phần điện năng bị hao phí bị mất đi.Vì vậy trong quá trình truyền tải điện năng
cần phải đảm bảo giảm hao phí xuống mức thấp nhất và giảm chi phí trong quá
trình truyền tải.
+ Giả sử cần truyền tải một công suất điện P từ nhà máy điện bằng
đường dây dẫn đến nơi tiêu thụ. Công suất cần truyền tải điện năng là:
P = UIcosφ (1)
Trong đó U là điện áp tại nơi truyền đi, I là cường độ dòng điện trên dây dẫn
truyền tải, cosφ là hệ số công suất.
Công suất hao phí do tỏa nhiệt trên điện trở R của dây dẫn :
∆P = I2R
2

 P 
P2
Từ (1) suy ra I =  ∆P = I R= 
 R =
R
(U cosϕ ) 2

 U cos ϕ 
2

Vậy công suất tỏa nhiệt trên đường dây khi truyền tải điện năng đi xa là:
∆P =

P2
R
(U cos ϕ ) 2

Để khi đến nơi sử dụng thì mục tiêu là làm sao để giảm tải công suất tỏa nhiệt P
để phần lớn điện năng được sử dụng hữu ích. Có hai phương án giảm ∆P:
Phương án 1 : Giảm R.
Do R = ρ nên để giảm R thì cần phải tăng tiết diện S của dây dẫn. Phương án
này không khả thi do tốn kém kinh tế.
Phương án 2 : Tăng U.
Bằng cách sử dụng máy biến áp, tăng điện áp U trước khi truyền tải đi thì
công suất tỏa nhiệt trên đường dây sẽ được hạn chế. Phương án này khả thi hơn
vì không tốn kém, và thường được sử dụng trong thực tế.
2.2. Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm.
Những năm học trước, khi dạy phần truyền tải điện năng cho Học sinh lớp 12
Tôi đã dạy theo trình tự:
+ Hướng đẫn Học sinh nắm được lí thuyết trong sách giáo khoa.
+ Tóm tắt các công thức cơ bản có phát triển thêm một số các công thức cho
trường hợp tổng quát.
+ Hướng dẫn Học sinh làm một số ví dụ điển hình và giao bài tập về nhà cho
Học sinh, sửa bài và nhận xét.
Sau khi dạy phần truyền tải điện năng, Tôi cho Học sinh làm một bài kiểm tra
để đánh giá sự tiếp thu kiến thức của của Học sinh, đồng thời tổng hợp kết quả
của Học sinh trong kỳ thi HSG và kỳ thi THPTQG về phần này kết quả thu

được như sau:

Lớp

Sĩ số HS đạt

HS đạt

HS đạt

HS đạt

HS đạt
6


12C1 46
12C6 44

9-10 điểm

7-8 điểm

5-6 điểm

4 điểm

SL
2
0

SL
7
5

SL
15
14

SL
18
17

%
4,3
0

%
15,2
11,4

%
32,6
31,8

%
39
38,6

Dưới

3
điểm
SL
%
4
8,9
8
18,2

Với Học sinh tham gia kỳ thi học sinh giỏi cấp Tỉnh năm 2015- 2016 thì
không có học sinh nào làm được bài toán về truyền tải điện năng.
Mặc dù đã rất cố gắng, nhiệt tình nhưng kết quả của Học sinh qua các kỳ thi
không cao. Tôi đã dò hỏi thu thập thông tin về nguyên nhân vì sao Học sinh
không thể làm tốt được bài tập, sau đó tổng hợp các ý kiến, tìm tòi, suy nghĩ
Tôi đưa ra giải pháp sau.
2.3. Giải pháp giúp học sinh làm tốt bài toán truyền tải điện năng.
Với các bài toán truyền tải điện năng Tôi nhận thấy nếu ta sơ đồ hóa quá trình
truyền tải điện năng, có chú thích các công thức cần dùng cho mỗi giai đoạn thì
Học Sinh sẽ dễ hình dung, hiểu được bản chát của quá trình truyền tải điện năng
từ đó có thể làm tốt hơn loại bài toán này.

7


2.3.1.Sơ đồ truyền tải điện năng.
Trên đường dây truyền tải có:
+ Điện trở: R = ρ. ℓ ( l = 2d )
+ Hao phí: ∆P = I2R= = P-P’

Nhà máy sản suất điện năng

có công suất P, hiệu điện thế
Uo

+ Giảm thế trên đường dây : ∆U = U-U’ = IR
+ Hiệu suất:

R

Uo,N1
Io, P

U, N2

U’,P’, N’1

”

’

’

U ,P , N 2

Tải tiêu thụ
điện năng

I, P

Tăng áp trước khi truyền đi
(N2>N1; H=100%):

Hạ áp trước khi sử dụng
(N’28


2.3.2.Các công thức cần chú ý:
+ Công thức tính điện trở của dây dẫn R = ρ. ℓ. Trong đó ρ (Ω.m) là điện
trở suất của dây dẫn, ℓ là chiều dài dây, S là tiết diện của dây dẫn. Quãng đường
truyền tải điện năng đi xa so với nguồn một khoảng là d thì chiều dài dây là ℓ =
2d.
+ Công suất tỏa nhiệt cũng chính là công suất hao phí trên đường dây,
phần công suất hữu ích sử dụng được là:
Pcó ích= P’ = P - ∆P = P −

P2
R
(U cosϕ ) 2

Từ đó hiệu suất của quá trình truyền tải điện năng là:
H=

Pcó ích
P

=

P − ∆P
∆P
∆P

PR
= 1−
⇒ 1− H =
= 2
P
P
P U cos 2 ϕ

Từ công thức trên ta thấy:
2

1− H2  U 1 
=
Khi U thay đổi các đại lượng khác không đổi:
÷
1 − H1  U 2 

Khi U, P thay đổi công suất nhận được ở cuối đường dây không đổi:
∆P
PR

=
2
P (U cos ϕ ) 
( 1 − H 1 ) H1
P'R
U2
⇒
1
−

H
=
⇒
=

2
2
HU cos ϕ
U1
(1 − H 2 ) H 2
P'

P=

H
1 − H 2 P2
Khi P thay đổi các đại lượng khác không đổi: 1 − H = P .
1
1
1 − H 2 R2
Khi R thay đổi các đại lượng khác không đổi: 1 − H = R .
1
1
∆P
PR
Phần trăm hao phí trên đường dây: h = 1 − H = P = (U cos ϕ ) 2 ta có khi công
1− H =

suất đưa lên không đổi, điện áp tăng n lần thì công suất hao phí giảm n2 lần [3].
+ Sơ đồ truyền tải điện năng từ A đến B : Tại A sử dụng máy tăng áp để

tăng điện áp cần truyền đi. Đến B sử dụng máy hạ áp để làm giảm điện áp
xuống phù hợp với nơi cần sử dụng (thường là 220 V). khi đó độ giảm điện áp
là U = IR = U – U’, với U là điện áp hiệu dụng ở cuộn thứ cấp của máy tăng áp
tại A, còn U’ là điện áp ở đầu vào cuộn sơ cấp của máy biến áp tại B.
+ Với bài toán về truyền tải điện năng, để làm tốt được ta cần áp dụng
đúng công thức theo các trình tự: Nơi phát → máy thăng thế → đường dây
truyền tải điện → máy hạ thế → truyền tải → hộ tiêu thụ điện năng[8].

2.3.3. Một số bài tập ví dụ.
9


a. Các bài tập tự luận.
Bài 1: Một trạm phát điện truyền đi với công suất P= 50 kW, điện trở dây dẫn là
4 Ω . Hiệu điện thế ở trạm là 500V.
a.Tính độ giảm thế, công suất hao phí trên dây dẫn.
b.Nối hai cực của trạm phát điện với một biến thế có hệ số k=0,1. Tính công suất
hao phí trên đường dây và hiệu suất của sự tải điện là bao nhiêu? Biết rằng năng
lượng hao phí trong máy biến thế không đáng kể, hiệu điện thế và cường độ
dòng điện luôn cùng pha.
P 50.103
= 100 A;Vậy độ giảm thế: ∆ U=IR=100.4=400 V
Giải: a. Ta có: I= =
U
500
Công suất hao phí trên dây: Ta có: ∆ P= RI2=4.1002=40000 W = 40 kW
U1
500
P 50.103
U

=
= 10 A
b. Ta có: k = U ⇒ U2= 1 = 0,1 =5000 V ; I2 =
U2
5000
k
2

Do đó: công suất hao phí trên dây: ∆ P’ =R. I22 = 4. (10)2= 400 W = 0,4 kW
- Hiệu suất tải điện: H=

P-∆P' 50 − 0, 4
=
= 99, 2 % [2]
P
50

Bài 2: Người ta cần tải một công suất 5MW từ nhà máy điện đến một nơi tiêu
thụ cách nhau 5KM. Hiệu điện thế cuộn thứ cấp máy tăng thế là U=100KV, độ
giảm điện thế trên đường dây không quá 1%U. Điện trở suất của dây tải là
1,7.10-8m. Tiết diện dây dẫn thoả mãn điều kiện nào?
Giải:
Ta có d=5 Km suy ra l=2.d=10Km=10000m
Độ giảm điện thế: ∆U = IR ≤

1
1000
U = 1( KV ) = 1000V ⇒ R ≤
100
I

P
5.10 6
=
= 50( A)
Khi đó: R ≤ 20Ω
U 100.10 3
l
l
ρ .l
Mặt khác: R = ρ ⇒ ρ ≤ 20 ⇒ S ≥
S
S
20
−8
1,7.10 .10000
= 8,5.10 −6 ( m 2 ) = 8,5(mm 2 ) ⇒ S ≥ 8,5(mm 2 ) [2]
Thay số ta được: S ≥
20

Ta có: P = UI ⇒ I =

Bài 3: (HSG 2011)Trong quá trình truyền tải điện năng đi xa cần tăng điện áp
của nguồn lên bao nhiêu lần để giảm công suất hao phí trên đường dây đi 100
lần. Giả thiết công suất nơi tiêu thụ nhận được không đổi, điện áp tức thời u
cùng pha với dòng điện tức thời i. Biết ban đầu độ giảm điện thế trên đường dây
bằng 15% điện áp của tải tiêu thụ.
Giải
- Đặt: U, U1, ΔU , I1, ∆P1 là điện áp nguồn, điện áp ở tải tiêu thụ, độ giảm điện
áp trên đường dây, dòng điện hiệu dụng và công suất hao phí trên đường dây lúc

đầu.
Và U’, U2, ΔU' , I2, ∆P2 là điện áp nguồn, điện áp ở tải tiêu thụ, độ giảm điện
áp trên đường dây, dòng điện hiệu dụng và công suất hao phí trên đường dây lúc
sau.

P
∆P = I R = 
 U cos ϕ
2

2


P2R
 R =
(U cos ϕ ) 2


10


2

∆P  I 
I
1
1
∆U ' 1
⇒ 2 = ⇒
=

Ta có: 2 =  2  =
∆P1  I 1  100
I 1 10
∆U 10
0,15U1
Theo đề ra: ΔU = 0,15.U1 ⇒ ∆U ' =
10

(1)

- Vì u và i cùng pha và công suất nơi tiêu thu nhận được không đổi nên:
U1.I1 = U 2 .I 2 ⇒

U2
I
= 1 = 10 ⇒ U2 = 10U1 (2)
U1
I2

- Từ (1) và (2):
 U = U1 + ΔU = (0,15 + 1).U1


0,15.U1
0,15
= (10 +
).U1
 U' = U 2 + ΔU' = 10.U1 + 10
10
0,15

10+
U'
10 = 8,7 [4].
- Do đó:
=
U
0,15+1

Bài 4: (HSG 2015): 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 khu dân cư này tăng thêm 20% và giữ nguyên điện áp ở nơi phát thì
hiệu suất truyền tải điện năng trên đường dây lúc này là bao nhiêu? Biết hao phí
điện năng chỉ do toả nhiệt trên đường dây và không vượt quá 20%. Coi điện áp
luôn cùng pha với dòng điện.
Giải
Ptp1 - Php1

P

Hiệu suất truyền tải ban đầu: H1 = P i1 = P
, Trong đó Pi1 là công suất nơi
tp1
tp1
tiêu thụ, Ptp1 là công suất truyền đi, Php1 là công suất hao phí do toả nhiệt.
- Thay số ta có: Pi1 = 0,9Ptp1 và Php1 = 0,1Ptp1.
Khi tăng công suất: Pi2 = 1,2Pi1 = 1,08Ptp1 ⇒ Php2 = Ptp2 – Pi2 = Ptp2 – 1,08Ptp1 (1) Mặt khác ta có: Php =
Php1
Php2

Ptp .R

=

U2
2
Ptp1
2
Ptp2

. Do U và R không đổi nên

⇒ Php2 =

2
Ptp2
2
Ptp1

- Từ (1) và (2) ta có: Ptp2 – 1,08Ptp1 =
Ptp2

.Php1 =

2
0,1Ptp2

2
0,1Ptp2

Ptp1

Ptp1

(2)
2

P 
P
⇔  tp2 ÷ - 10 tp2 + 1,08 = 0
P ÷
Ptp1
 tp1 

Ptp2

- Giải pt trên ta được: P ≈ 8,77 Hoặc P ≈ 1,23
tp1
tp1
≈
≥
- Từ đó tìm được: H2 12,3% (loại do H 80%); Hoặc H2 ≈ 87,8% [5].
Bài 5: (HSG 2016): 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 U = 20(KV) thì hiệu suất truyền tải điện năng là 90%. Để hiệu suất truyền
tải tăng lên đến 95% mà công suất truyền đến nơi tiêu thụ vẫn không đổi thì
11


cường độ dòng điện trên dây tải điện thay đổi thế nào, điện áp hiệu dụng đưa lên
hai đầu đường dây là bao nhiêu?

Giải:
Gọi công suất nơi tiêu thụ là P, điện trở dây dẫn là R, hao phí khi chưa
thay đổi cường độ dòng điện là ∆P1, sau khi thay đổi là ∆P2
H1 =

Ta có:

P
P
= 0,9 ⇒ ∆P1 =
P + ∆P1
9

P
p
∆P
9
= 0,95 ⇒ ∆P2 = ⇒ 1 =
P + ∆P2
19
∆P2 19
∆P2 I 22 9
Mặt khác: ∆P = I12 = 19 ⇒ I 2 = 0, 688I1
1
H2 =

∆P
PR

=

2
P (U cos ϕ ) 
P'R
⇒
1
−
H
=
Ta lại có:

HU 2 cos 2 ϕ
P'

P=

H
1− H =

Do công suất nhận được trên đường dây không đổi nên ta có:

( 1 − H1 ) H1 = (1 − 0,9)0,9 ⇒ U = 27,53KV
U2
=
[6].
2
U1
(1 − H 2 ) H 2
(1 − 0,95)0,95
Bài 6: (ĐH 2012): 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 2U thì số hộ dân được trạm cung cấp đủ điện năng tăng từ 120
lên 144. Cho rằng chi tính đến hao phí trên đường dây, công suất tiêu thụ điện
của các hộ dân đều như nhau, công suất của trạm phát không đổi và hệ số công
suất trong các trường hợp đều bằng nhau. Nếu điện áp truyền đi là 4U thì trạm
phát huy này cung cấp đủ điện năng cho
A. 168 hộ dân.
B. 150 hộ dân.
C. 504 hộ dân.
D. 192 hộ dân.
Giải:
+ Công suất hao phí ∆P =

P2
R (Với R là điện trở trên đường dây, P là công
U2

suất của trạm phát, U là điện áp truyền, P0 là công suất tiêu thụ của mỗi hộ dân)
P2
Ta có: P = 2 R + 120.P0 (1)
U
P2
R + x.P0 (3)
P=
16.U 2

P2
R + 144.P0
P=
4.U 2

(2)

+ Từ (1)và (2): P = 152P0
(4)
+ Từ (3) và (1), kết hợp với (4) ta có: 15.152.P0 = (16x-120)P0
=> x = 150 Hộ dân
Đáp án B [7].
b. Các bài tập trắc nghiệm
Câu 1: Cùng một công suất điện P được tải đi trên cùng một dây dẫn. Công suất
hao phi khi dùng điện áp 400 kV so với khi dùng điện áp 200 kV là
A. lớn hơn 2 lần.
B. lớn hơn 4 lần.
12


C. nhỏ hơn 2 lần.
D. nhỏ hơn 4 lần.
Câu 2: Một máy biến áp có cuộn sơ cấp 1000 vòng được mắc vào một mạng
điện xoay chiều có điện áp hiệu dụng 220 V. Khi đó điện áp hiệu dụng đặt ở hai
đầu cuộn thứ cấp để hở là 484 V. Bỏ qua mọi hao phí của máy biến áp. Số vòng
dây của cuộn thứ cấp là
A. 2200 vòng.
B. 1000 vòng.
C. 2000 vòng.
D. 2500 vòng.
Câu 3: Một máy biến áp có số vòng dây của cuộn sơ cấp là 3000 vòng, cuộn
thứ cấp là 500 vòng, máy biến áp được mắc vào mạng điện xoay chiều có tần số
50 Hz, khi đó cường độ dòng điện hiệu dụng chạy qua cuộn thứ cấp là 12 A thì
cường độ dòng điện hiệu dụng chạy qua cuộn sơ cấp sẽ là
A. 20 A

B. 7,2A
C. 72A
D. 2 A
Câu 4: Người ta cần truyền một công suất điện 200 kW từ nguồn điện có điện
áp 5000 V trên đường dây có điện trở tổng cộng 20 Ω. Độ giảm thế trên đường
dây truyền tải là
A. 40 V.
B. 400 V.
C. 80 V.
D. 800 V.
Câu 5: Một nhà máy điện sinh ra một công suất 100000 kW và cần truyền tải
tới nơi tiêu thụ. Biết hiệu suất truyền tải là 90%. Công suất hao phi trên đường
truyền là
A. 10000 kW.
B. 1000 kW.
C. 100 kW.
D. 10 kW.
Câu 6: Một đường dây có điện trở 4 Ω dẫn một dòng điện xoay chiều một pha
từ nơi sản xuất đến nơi tiêu dùng điện áp hiệu dụng ở nguồn điện lúc phát ra là
U = 5000 V, công suất điện là 500 kW. Hệ số công suất của mạch điện là cosφ =
0,8. Có bao nhiêu phần trăm công suất bị mất mát trên đường dây do tỏa nhiệt?
A. 10%
B. 12,5%
C. 16,4%
D. 20%
Câu 7: Ta cần truyền một công suất điện 1 MW dưới một điện áp hiệu dụng 10
kV đi xa bằng đường dây một pha. Mạch có hệ số công suất cosφ = 0,8. Muốn
cho tỉ lệ năng lượng mất mát trên đường dây không quá 10% thì điện trở của
đường dây phải có giá trị là
A. R ≤ 6,4 Ω.

B. R ≤ 3,2Ω.
C. R ≤ 6,4 kΩ.
D. R ≤ 3,2 kΩ.
Câu 8: Người ta cần truyền một công suất điện một pha 100 kW dưới một điện
áp hiệu dụng 5 kV đi xa. Mạch điện có hệ số công suất cosφ = 0,8 Ω. Muốn cho
tỉ lệ năng lượng mất trên đường dây không quá 10% thì điện trở của đường dây
phải có giá trị trong khoảng nào?
A. R ≤ 16 Ω.
B. 16 Ω < R < 18 Ω.
C. 10 Ω < R < 12 Ω.
D. R < 14 Ω.
Câu 9: Người ta cần truyền tải điện năng từ máy hạ thế có điện áp đầu ra 200 V
đến một hộ gia đình cách 1 km. Công suất tiêu thụ ở đầu ra của máy biến áp cho
13


hộ gia đình đó là 10 kW và yêu cầu độ giảm điện áp trên dây không quá 20 V.
Điện trở suất dây dẫn là ρ = 2,8.10-8 (Ω.m) và tải tiêu thụ là điện trở. Tiết diện
dây dẫn phải thoả mãn điều kiện
A. S ≥ 1,4 cm2.
B. S ≥ 2,8 cm2.
C. S ≤ 2,8 cm2
D. S ≤ 1,4 cm2
Câu 10: Đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp của một máy biến áp lí tưởng (bỏ qua hao
phí) một điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng không đổi thì điện áp hiệu dụng
giữa hai đầu cuộn thứ cấp để hở là 50 V. Ở cuộn thứ cấp, nếu giảm bớt n vòng
dây thì điện áp hiệu dụng giữa hai đầu để hở của nó là U, nếu tăng thêm n vòng
dây thì điện áp đó là 2U. Nếu tăng thêm 3n vòng dây ở cuộn thứ cấp thì điện áp
hiệu dụng giữa hai đầu để hở của cuộn này bằng
A. 100 V

B. 200 V
C. 220 V
D. 110 V
Câu 11: Một học sinh quấn một máy biến áp với dự định số vòng dây của
cuộn sơ cấp gấp hai lần số vòng dây của cuộn thứ cấp. Do sơ suất nên cuộn thứ
cấp bị thiếu một số vòng dây. Muốn xác định số vòng dây thiếu để quấn tiếp
thêm vào cuộn thứ cấp cho đủ, học sinh này đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp một
điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng không đổi, rồi dùng vôn kết xác định tỉ
số điện áp ở cuộn thứ cấp để hở và cuộn sơ cấp. Lúc đầu tỉ số điện áp bằng
0,43. Sau khi quấn thêm vào cuộn thứ cấp 24 vòng dây thì tỉ số điện áp bằng
0,45. Bỏ qua mọi hao phí trong máy biến áp. Để được máy biến áp đúng như dự
định, học sinh này phải tiếp tục quấn thêm vào cuộn thứ cấp
A. 40 vòng dây.
B. 84 vòng dây.
C. 100 vòng dây.
D. 60 vòng dây.
Câu 12: Đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp của một máy biến áp lí tưởng (bỏ qua hao
phí) một điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng 120 V thì điện áp hiệu dụng
giữa hai đầu cuộn thứ cấp để hở của nó là 100 V. Nếu đặt vào hai đầu cuộn sơ
cấp một điện áp hiệu dụng 160 V, để điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn thứ cấp
để hở vẫn là 100 V thì phải giảm ở cuộn thứ cấp 150 vòng và tăng ở cuộn sơ
cấp 150 vòng. Số vòng dây ở cuộn sơ cấp của biến áp khi chưa thay đổi là
A. 1170 vòng.
B. 1120 vòng.
C. 1000 vòng.
D. 1100 vòng.
Câu 13: Một máy biến áp cuộn sơ cấp có 100 vòng dây, cuộn thứ cấp có 200
vòng dây. Cuộn sơ cấp là cuộn dây có cảm kháng ZL = 1,5 Ω và điện trở r = 0,5
Ω. Tìm điện áp hiệu dụng của cuộn thứ cấp để hở khi ta đặt vào cuộn sơ cấp
điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng 119 V.

A. 200 V.
B. 210 V.
C. 120 V.
C. 220 V.
Câu 14: Điện áp giữa hai cực của một trạm phát điện cần tăng lên bao nhiêu lần
để giảm công suất hao phí trên đường dây tải điện 25 lần, với điều kiện công
suất đến tải tiêu thụ không đổi? Biết rằng khi chưa tăng điện áp, độ giảm điện
áp trên đường dây tải điện bằng 20% điện áp giữa hai cực trạm phát điện. Coi
14


cường độ dòng điện trong mạch luôn
cùng pha với điện áp.
A. 4,04 lần.
B. 5,04 lần.
C. 6,04 lần.
D. 7,04 lần.
Câu 15: Điện năng được tải từ nơi phát đến nơi tiêu thụ bằng dây dẫn chỉ có
điện trở thuần, độ giảm thế trên dây bằng 15% điện áp hiệu dụng nơi phát điện.
Để giảm hao phí trên đường dây 100 lần (công suất tiêu thụ vẫn không đổi, coi
điện áp nơi tiêu thụ luôn cùng pha với dòng điện) thì phải nâng điện áp hiệu
dụng nơi phát lên
A. 8,515 lần
B. 7,125 lần
C. 10 lần
D. 10,125 lần
Đáp án
1D
2A
3D

4D
5A
6B
7A
8A
9A
10D
11D
12D
13B
14A
15A
[2].

15


2.4. Kiểm nghiệm đề tài:
Sau khi áp dụng đề tài cho lớp 12C1 và 12C3 năm học 2016-2017, với
học lực của các em là tương với các Học sinh khóa trước. Tôi cho các em làm
bài kiểm tra tương đương bài kiểm tra đánh giá của năm học trước đó kết quả
như sau:

Lớp

Sĩ số

12C2 45
12C3 46

HS đạt
9-10 điểm
SL
6
2

HS đạt
7-8 điểm

%
SL
13,3 15
4,3 13

%
33,3
28,3

HS đạt
5-6 điểm
SL
18
20

%
32
43,5

HS đạt
4 điểm

SL
4
11

%
39
23,9

HS đạt
Dưới 3
điểm
SL
%
2
14
5
12

Nhìn qua kết quả đánh giá vẫn còn có nhiều học sinh đạt dưới 5 điểm, số
lượng Học sinh đạt điểm 9-10 cao hơn các năm trước nhưng cũng không nhiều
so với sĩ số Học sinh trong lớp. Kết quả này là phù hợp vói Học sinh của trường
THPT Nguyễ Quán Nho, vì Trường nằm ở vùng xa trung tâm của huyện Thiệu
Hóa, chất lượng đầu vào lớp 10 mỗi năm luôn thấp hơn những trường khác
trong Huyện. Hai lớp 12C1 và 12C3 cũng có kết quả chênh lệch đó là vì chất
lượng đại trà của lớp 12C1 tốt hơn lớp 12C3.
Với các em Học sinh trong đội tuyển HSG năm học 2016-217 do tôi giảng dạy,
thì các em đã làm tốt bài toán về truyền tải điện năng trong kỳ thi HSG cấp Tỉnh
nhờ đó kết quả cũng cao hơn so với năm học trược đặc biệt đã có em đạt giải nhì
trong kỳ thi HSG cấp Tỉnh.

16


3. Kết luận, kiến nghị
3.1. Kết luận
Đề tài đã hoàn thành được nhiệm vụ nghiên cứu cơ sở lý thuyết của
máy biến áp và quá trình truyền tải điện năng. Tóm tắt tổng quát các công thức
cần nhớ, xây dựng được sơ đồ truyền tải điện năng. Trong quá trình xây dựng sơ
đồ truyền tải điện năng đề tài đã giải thích rõ được từng giai đoạn và có chú
thích các công thức cần dùng trên mỗi giai đoạn đó giúp học sinh dễ hiểu hơn.
Kết quả đa số Học Sinh có thể làm tốt được các bài tập cơ bản, số học sinh khá
giỏi làm được các bài tập nâng cao nhiều hơn các năm học trước.
Đề tài đã xây được đầy đủ về lý thuyết và đã lựa chọn được một số bài
tập cơ bản, điển hình có hướng dẫn chi tiết về quá trình truyền tải điện năng nên
Đề tài có thể được dùng làm tư liệu giảng dạy cho các năm học sau và có giá trị
tham khảo cho các đồng nghiệp trong Tổ chuyên môn.
Trong khuôn khổ của một sáng kiến kinh nghiệm, Đề tài chỉ mới dừng
lại ở việc nghiên cứu một chuyên đề nhỏ trong Chương Điện Xoay Chiều của
chương trình Vật Lí 12. Để nâng cao hơn nữa chất lượng dạy học Đề tài sẽ được
phát triển mở rộng hơn cho cả phần Điện xoay chiều của chương trình vật lý 12
trong các năm học tiếp theo.
3.2. Kiến nghị
Qua quá trình giảng dạy, nghiên cứu đề tài Tôi có một số kiến nghị sau:
+ Với các đồng nghiệp trong tổ Tôi mong muốn nhận được sự góp ý chân
tình, để Tôi sửa đổi bổ sung thêm giúp đề tài hoàn thiện hơn. Về phía nhà trường
có kế hoạch cụ thể, lâu dài tạo điều kiện để Tôi có thể áp dụng, phát triển đề tài
trong các năm học tới với nhiều đối tượng Học Sinh khác nhau.
+ Về phía Sở GD&ĐT Thanh Hóa, trong quá trình đánh giá đề tài nếu đề
tài có gì thiếu sót Tôi mong nhận được ý kiến nhận xét để Tôi rút kinh nghiệm
làm tốt hơn trong các đề tài tiếp theo. Đồng thời phổ biến các SKKN của các

Giáo Viên trong Tỉnh để chúng Tôi có thể áp dụng, trao đổi kinh nghiệm giúp
các SKKN được áp dụng vào thực tiễn.
Vì điều kiện thời gian nghiên cứu có hạn, năng lực bản thân còn nhiều
hạn chế nên không thể tránh khỏi thiếu sót khi thực hiện đề tài. Vậy tôi mong
nhận được sự đóng góp chân thành của các độc giả đề giúp tôi phát triển hơn
trong quá trình giảng dạy. Tôi xin chân thành cảm ơn!
XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG Thanh hoá, ngày 20 tháng 5 năm
ĐƠN VỊ
2017
Tôi xin cam đoan đây là sáng kiến kinh
nghiệm của mình viết không sao chép
nội dung của người khác.
Người viết

17


Trần Thị Nhân
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. SGK vật lý 12 nâng cao và cơ bản - Nhà xuất bản Giáo Dục Việt Nam 2010.
[2]. .
[3]. Chu Văn Biên-Bí quyết luyện thi đại học môn vật lý điện xoay chiều –
Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia Hà Nội-2015.
[4]. Đề thi HSG tỉnh Thanh Hóa 2011.
[5]. Đề thi HSG tỉnh Thanh Hóa 2015.
[6]. Đề thi HSG tỉnh Thanh Hóa 2016.
[7]. Đề thi tuyển sinh vào đại học và cao đẳng các năm 2012
[8]. Vũ Thanh Khiết – Một số phương pháp chọn lọc giải các bài toán vật lý
sơ cấp – Tập 1 – Nhà xuất bản Hà Nội -2002.
.

18