Giáo án điện tử chuyên đề Vật lí 12 chân trời Bài 2: Máy biến áp. Truyền tải điện năng

BÀI 2: MÁY BIẾN ÁP. TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG

Xin chào các em học sinh yêu quý!

A. KHỞI ĐỘNG

Quan sát hình ảnh:

Tại sao lại phải tăng điện áp trước khi truyền tải điện năng đi xa, làm thế nào để có thể tăng được điện áp của dòng điện xoay chiều?

Gợi ý đáp án:

+ Phải tăng điện áp trước khi truyền tải điện năng đi xa để làm giảm tổn thất năng lượng trong quá trình truyền tải.

+ Để tăng điện áp của dòng điện xoay chiều, ta có thể sử dụng máy biến áp.

B. HÌNH THÀNH KIẾN THỨC

Hoạt động 1. Tìm hiểu về máy biến áp

+ Nhiệm vụ 1. Tìm hiểu khái niệm, cấu tạo và nguyên lí hoạt động của máy biến áp

+ Nhiệm vụ 2. Tìm hiểu về điện áp và cường độ dòng điện hiệu dụng qua máy biến áp

Dự kiến sản phẩm:

I. MÁY BIẾN ÁP

1. Khái niệm 

- Máy biến áp là thiết bị làm thay đổi giá trị điện áp hiệu dụng của dòng điện xoay chiều mà vẫn giữ nguyên tần số của dòng điện.

2. Cấu tạo của máy biến áp

- Máy biến áp gồm hai cuộn dây được phủ chất cách điện có số vòng khác nhau cùng quấn trên một khung thép kín gồm nhiều lá thép mỏng được ghép cách điện với nhau.

+ Cuộn dây thứ nhất có N₁ vòng được nối với nguồn điện xoay chiều, gọi là cuộn sơ cấp/

+ Cuộn dây thứ hai có N₂ vòng được nối với thiết bị tiêu thụ điện năng, gọi là cuộn thứ cấp.

3. Nguyên lí hoạt động của máy biến áp

- Máy biến áp hoạt động dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ.

- Khi nối cuộn sơ cấp N₁ với nguồn điện xoay chiều, dòng điện chạy trong cuộn sơ cấp sinh ra từ trường biển thiên khép kín trong lõi biến áp. Khi đó từ thông qua cuộn dây thứ cấp N₂ biến thiên, làm xuất hiện suất điện động cảm ứng (hay điện áp) ở hai đầu cuộn thứ cấp.

- Nếu mạch ở cuộn thứ cấp là kín thì có dòng điện xoay chiều trong mạch.

4. Điện áp và cường độ dòng điện hiệu dụng qua máy biến áp

- Xét một máy biến áp lí tưởng. Gọi N₁, E₁, U₁, I₁ và N₂, E₂, U₂, I₂ lần lượt là số vòng dây, suất điện động hiệu dụng, điện áp hiệu dụng và cường độ dòng điện hiệu dụng của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp.

Khi đó:

Nếu bỏ qua điện trở cuộn sơ cấp và thứ cấp thì: U₁ = E₁, U₂ = E₂.

Do đó:

Do máy biến áp lí tưởng nên:

Suy ra:

- Nếu N₂ > N₁ thì U₂ > U₁: Máy tăng áp.

- Nếu N₂ < N₁ thì U₂ < U₁: Máy hạ áp.

Hoạt động 2. Tìm hiểu về truyền tải điện năng đi xa

Hoạt động theo nhóm:

+ Nhóm 1,4: Trả lời nội dung Thảo luận 4 (SCĐ – tr16).

+ Nhóm 2,5: Trả lời nội dung Thảo luận 5 (SCĐ – tr16).

+ Nhóm 3,6: Trả lời nội dung Thảo luận 6 (SCĐ – tr17).

Dự kiến sản phẩm:

II. TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA

1. Công suất hao phí trong truyền tải điện năng đi xa

- Gọi r là điện trở của đường dây tải điện, U và lần lượt là điện áp hiệu dụng và công suất cần truyền tải ở nơi phát điện, I là cường độ dòng điện hiệu dụng trên đường dây truyền tải, khi đó:

Công suất hao phí trên dây chính là công suất tỏa nhiệt trên dây:

2. Giảm công suất hao phí trong truyền tải điện năng đi xa

- Có hai cách làm giảm

Cách 1: Giảm điện trở r của đường dây truyền tải

+ Thay dây có điện trở suất nhỏ hơn.

+ Tăng tiết diện dây tải dẫn đến làm tăng nguyên liệu để chế tạo và tăng số lượng cột điện để chống đỡ đường dây. 

Cách 2: Tăng điện áp hiệu dụng U ở nơi phát điện. Khi đó cần sử dụng máy tăng áp.

- So với cách 1, việc tăng điện áp nơi phát thông qua máy tăng áp sẽ hiệu quả hơn trong việc giảm công suất hao phí khi truyền tải điện năng.

- Để giảm công suất hao phí trên đường dây tải điện, cần sử dụng máy tăng áp tại nơi phát trước khi truyền tải và dùng các máy hạ áp trước khi phân phối điện đến nơi tiêu thụ.

………………………………………………

C. LUYỆN TẬP

Khoanh tròn vào câu trả lời đúng:

Khoanh tròn vào câu trả lời đúng:

Câu 1: Máy biến áp là

A. thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều.

B. thiết bị có khả năng làm tăng công suất của dòng điện xoay chiều.

C. thiết bị làm thay đổi giá trị điện áp hiệu dụng của dòng điện xoay chiều.

D. thiết bị thay đổi tần số của dòng điện.

Câu 2 (THPTQG – 2021): Một máy biến áp lí tưởng có số vòng dây của cuộn sơ cấp và số vòng dây của cuộn thứ cấp lần lượt là N₁ = 1100 vòng và N₂. Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng 220 V vào hai đầu cuộn sơ cấp thì điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn thứ cấp để hở là 12 V. Giá trị của N₂ là

A. 60 vòng.

B. 30 vòng.

C. 120 vòng.

D. 600 vòng.

Câu 3: Một máy biến áp lí tưởng có số vòng dây của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp lần lượt là N₁ và N₂. Nếu máy biến áp này là máy hạ áp thì

A. N₁ < N₂.

B. N₂ < N₁.

C. N₂ = N₁.

D.

Câu 4 (THPTQG – 2018): Trong quá trình truyền tải điện năng đi xa, để giảm công suất hao phí trên đường dây truyền tải thì người ta thường sử dụng biện pháp nào sau đây?

A. Giảm tiết diện dây dẫn.

B. Tăng điện áp hiệu dụng ở nơi phát điện.

C. Giảm điện áp hiệu dụng ở nơi phát điện.

D. Tăng chiều dài dây dẫn.

Câu 5 (THPTQG – 2023): Một máy biến áp lí tưởng có số vòng dây của cuộn sơ cấp và số vòng dây của cuộn thứ cấp lần lượt là N₁ và N₂. Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng U₁ vào hai đầu cuộn sơ cấp thì điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn thứ cấp ở chế độ không tải là U₂. Công thức nào sau đây đúng?

A.

B.

C.

D.

Gợi ý đáp án:

D. VẬN DỤNG

Hàn điện xoay chiều là phương pháp hàn hai kim loại với nhau bằng cách tạo ra dòng điện rất lớn, từ đó làm nóng chảy hai miếng kim loại cần hàn tại chỗ tiếp xúc. Căn cứ Hình 2.5, hãy giải thích nguyên lí hàn điện xoay chiều.

Hướng dẫn ở nhà:

- Xem lại kiến thức đã học ở bài 2.

- Hoàn thành các bài tập nội dung Vận dụng.

- Xem trước nội dung Bài 3: Chỉnh lưu dòng điện xoay chiều.

Cảm ơn các em, hẹn gặp lại!