Giáo án Vật lý Lớp 12 - Chương III: Dòng điện xoay chiều - Tiết 30, Bài 16: Truyền tải điện năng. Máy biến áp

Ngày soạn: /	/ Ngày dạy: /	/
Tiết 28

TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG. MÁY BIẾN ÁP
o0o
MỤC TIÊU BÀI HỌC
Về kiến thức
Viết được biểu thức của điện năng hao phí trên đường dây tải điện, từ đó suy ra những giải pháp giảm điện năng hao phí trên đường dây tải điện, trong đó tăng áp là biện pháp triệt để và hiệu quả nhất.
Phát biểu được định nghĩa, nêu được cấu tạo và nguyên tắc làm việc của máy biến áp.
Viết được hệ thức giữa điện áp của cuộn thứ cấp và của cuộn sơ cấp trong máy biến áp.
Viết được biểu thức giữa I trong cuộn thứ cấp và trong cuộn sơ cấp của một máy biến áp.
Về kĩ năng
Vận dụng đươc hệ thức giữa điện áp của cuộn thứ cấp và của cuộn sơ cấp trong máy biến áp
Vận dụng đươc hệ thức giữa I của cuộn thứ cấp và của cuộn sơ cấp trong máy biến áp
Giải được các bài tập đơn giản về MBA
Thái độ: Nghiêm túc, hứng thú trong học tập.
Năng lực hướng tới
a, Phẩm chất năng lực chung
Phẩm chất: Tự lập, tự tin, tự chủ; Có trách nhiệm bản thân và cộng đồng
Năng lực chung: Năng lực tự học; năng lực giải quyết vấn đề; Năng lực giao tiếp; Năng lực hợp tác; Năng lực sử dụng ngôn ngữ; Năng lực tính toán.
b, Năng lực chuyên biệt môn học
Năng lực sử dụng ngôn ngữ, năng lực tính toán, năng lực thực hành, thí nghiệm
PHƯƠNG PHÁP-KĨ THUẬT
Phương pháp
PP dạy học Gợi mở - vấn đáp, PP thuyết trình, PP hoạt động nhóm, PP công tác độc lập
Kĩ thuật dạy học
Kĩ thật dặt câu hỏi, kĩ thuật XYZ
CHUẨN BỊ
Chuẩn bị của giáo viên:
Gíao án, tranh, ảnh trong SGK.
SGK, SGV, một số dụng cụ thí nghiệm
Giao một số câu hỏi trong bài học mới cho học sinh tìm hiểu trước ở nhà.
Chuẩn bị của học sinh:
Đọc trước bài học, tự tìm thông tin trong SGK sách tham khảo, mạng để trả lời các câu hỏi trong SGK và các câu hỏi giáo viên giao về nhà cho HS tiết trước.
HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC
Ổn định lớp
Kiểm tra bài cũ
Bài mới
Họat động của giáo viên
Họat động của học sinh
Nội dung
HOẠT ĐỘNG 1: Khởi động (2’)
Mục tiêu:	HS biết được các nội dung cơ bản của bài học cần đạt được, tạo tâm thế cho học sinh đi vào tìm hiểu bài mới.
Phương pháp dạy học:	Dạy học nhóm; dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình; sử dụng đồ dung trực quan
Định hướng phát triển năng lực:	Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.
- Trong thực tế như cầu tiêu thụ điện năng rất lớn. Điên năng được tiêu thụ nhay khi sản xuất được vì vậy nhu cầu truyền tải từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ là rất cần thiết và quan trọng. Để giải quyết vấn đề lớn về điện năng buộc các nhà sản xuất phải tính toán và giải bài toán khá phức tạp trong truyền tải điện năng. Chúng ta sẽ tìm hiểu các bước cơ bản của bài toán này và thiết bị giúp các nhà sản xuất giải quyết vấn đề là gì? Ta tì hiểu qua bài “TRUYỀN
TẢI ĐIỆN NĂNG. MÁY BIẾN ÁP”.
HS ghi nhớ
HS đưa ra phán đoán định hướng nội dung
Tiết 28 TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG. MÁY BIẾN ÁP
HOẠT ĐỘNG 2: Hình thành kiến thức (20’)
Mục tiêu: - Viết được biểu thức của điện năng hao phí trên đường dây tải điện, từ đó suy ra những giải pháp giảm điện năng hao phí trên đường dây tải điện, trong đó tăng áp là biện pháp triệt để và hiệu quả nhất.
Phát biểu được định nghĩa, nêu được cấu tạo và nguyên tắc làm việc của máy biến áp.
Viết được hệ thức giữa điện áp của cuộn thứ cấp và của cuộn sơ cấp trong máy biến áp.
Viết được biểu thức giữa I trong cuộn thứ cấp và trong cuộn sơ cấp của một máy biến áp.
Phương pháp dạy học:	Dạy học nhóm; dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình; sử dụng đồ dung trực quan
Định hướng phát triển năng lực: Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.
Điện năng phải được tiêu thụ ngay khi sản xuất ra. Vì vậy luôn luôn có nhu cầu truyển tải điện năng với số lượng lớn, đi xa tới hàng trăm, hàng nghìn kilômet.
Công suất phát điện của nhà máy?
Gọi điện trở trên dây là R ® công suất hao phí do toả nhiệt trên đường dây?
- HS ghi nhận nhu cầu của việc truyền tải điện năng đi xa.
Pphát = UphátI
P2	R
P = RI 2 = R phát = P2
hp	U 2	phát U 2
phát	phát
- Giảm R (không thực tế) hoặc tăng Uphát (tăng Uphát
I. Bài toán truyền tải điện năng đi xa
Công suất phát từ nhà máy:
Pphát = UphátI
trong đó I là cường độ dòng điện hiệu dụng trên đường dây.
Công suất hao phí do toả nhiệt trên đường dây:
P2	R
P = RI 2 = R phát = P2 	
hp	U 2	phát U 2
phát	phát
® Muốn giảm Php ta phải giảm R (không thực tế) hoặc tăng Uphát (hiệu quả).
Pphát hoàn toàn xác định ® muốn giảm Php ta phải làm gì?
Tại sao muốn giảm R, lại phải tăng S và tăng khối lượng đồng?
® Muốn giải quyết bài toán truyền tải điện năng đi xa ta cần phải
làm gì?
10 lần thì Php giảm 100 lần) có hiệu quả rõ rệt.
Vì R = r l
S
Lúc “đưa” điện năng lên đường dây truyền tải ® tăng điện áp. Tới nơi tiêu thụ ® giảm điện áp.
- Kết luận:
Trong quá trình truyền tải điện năng, phải sử dụng những thiết bị biến đổi điện áp.
Máy biến áp là thiết bị dùng để làm gì?
Y/c HS đọc Sgk để tìm hiểu cấu tạo của máy biến áp.
Bộ phận chính là một khung sắt non có pha silic gọi là lõi biến áp, cùng với hai cuộn dây có điện trở nhỏ và độ tự cảm quấn trên hai cạnh đối diện của khung.
Cuộn D1 có N1 vòng được nối với nguồn phát điện ® cuộn sơ cấp.
Cuộn D2 có N2 vòng được nối ra cơ sở tiêu thụ điện năng ® cuộn thứ cấp.
Nguồn phát tạo ra điện áp xoay chiều tần số f ở hai đầu cuộn sơ cấp ® có hiện tượng gì ở trong mạch?
Do cấu tạo hầu như mọi đường sức từ do dòng sơ cấp gây ra đều đi qua cuộn thứ cấp, nói cách khác từ thông qua mỗi vòng dây của hai cuộn là như nhau.
® Từ thông qua cuộn sơ cấp và thứ cấp sẽ có
Biến đổi điện áp (xoay chiều).
HS đọc Sgk và nêu cấu tạo của máy biến áp.
Lõi biến áp gồm nhiều lá sắt mỏng ghép cách điện với nhau để tránh dòng Fu- cô và tăng cường từ thông qua mạch.
Số vòng dây ở hai cuộn phải khác nhau, tuỳ thuộc nhiệm vụ của máy mà có thể N1 > N2 hoặc ngược lại.
Dòng điện xoay chiều trong cuộn sơ cấp gây ra sự biến thiên từ thông trong hai cuộn.
F1 = N1F0
F2 = N2F0
Theo định luật cảm ứng
II. Máy biến áp
- Là những thiết bị có khả năng biến đổi điện áp (xoay chiều).
1. Cấu tạo và nguyên tắc của máy biến áp
Cấu tạo: (Sgk)
U1 D	D2	U2
1
Nguyên tắc hoạt động
Đặt điện áp xoay chiều tần số f ở hai đầu cuộn sơ cấp. Nó gây ra sự biến thiên từ thông trong hai cuộn.
Gọi từ thông này là:
F0 = Fmcoswt
Từ thông qua cuộn sơ cấp và thứ cấp:
F1 = N1Fmcoswt
F2 = N2Fmcoswt
biểu thức như thế nào?
Từ thông qua cuộn thứ cấp biến thiên tuần hoàn ® có hiện tượng gì xảy ra trong cuộn thứ cấp?
Ở hai đầu cuộn thứ cấp có 1 điện áp biến thiên tuần hoàn với tần số góc w ® mạch thứ cấp kín ® I biến thiên tuần hoàn với tần số f.
® Tóm lại, nguyên tắc
hoạt động của máy biến áp là gì?
điện từ, trong cuộn thứ cấp xuất hiện suất điện động cảm ứng.
- Dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ.
- Trong cuộn thứ cấp xuất hiện suất điện động cảm ứng e2:
e = - dF = N wF sinwt
2	dt 2 m
- Vậy, nguyên tắc hoạt động của máy biến áp dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ.
- Giới thiệu máy biến
HS cùng tiến hành thực nghiệm và ghi nhận các kết quả.
HS ghi các kết quả từ thực nghiệm, xử lí số liệu và nêu các nhận xét.
U2
U > 1 ® U2 > U1: điện áp
1
lấy ra lớn hơn điện áp đưa vào.
I1 rất nhỏ (I1 » 0) ® chứng tỏ máy biến áp hầu như không tiêu thụ điện năng.
Khi I2 ¹ 0 thì I1 tự động tăng lên theo I2.
2. Khảo sát thực nghiệm một máy biến áp
A1	A2	K
~	V1	V2	R
a. Thí ghiệm 1: Khoá K ngắt (chế độ không tải) I2 = 0.
Hai tỉ số N2 và U2 luôn bằng
N1	U1
nhau:
N2 = U 2 
N1	U1
Nếu N2 > 1: máy tăng áp.
N1
Nếu N2 < 1: máy hạ áp.
N1
Khi một máy biến áp ở chế độ không tải, thì nó hầu như không tiêu thụ điện năng.
b. Thí ghiệm 2: Khoá K đóng (chế độ có tải).
- Khi I2 ¹ 0 thì I1 tự động tăng lên theo I2.
áp và vẽ sơ đồ khảo
sát.
- Thí nghiệm 1, ta sẽ
khảo sát xem trong chế
độ không tải tiêu thụ
điện	năng	trên	máy
biến áp như thế nào, và
mối liên hệ giữa điện
áp đặt vào và số vòng
dây trên mỗi cuộn dựa
vào các số liệu đo được
trên các dụng cụ đo.
- Nếu N2 > 1 ® U2 sẽ
N1	U1
như thế nào?
- Khi mạch thứ cấp
ngắt (I2 = 0), khi ta
thay đổi U1 ® I1 thay đổi như thế nào?
- Thí nghiệm 2: Khoá
K đóng (chế độ có tải).
Trong thí nghiệm này
U2 = I1 = N2
ta sẽ khảo sát để xem
giữa các giá trị I, U, N
U1
I2
N1
của các cuộn dây liên hệ với nhau như thế nào?
I2 không vượt quá một giá trị chuẩn để không quá nóng do toả nhiệt (thường không quá 55oC) ® máy biến áp làm việc bình thường.
Trong hệ thức bên chỉ là gần đúng với sai số dưới 10%.
Y/c trình bày sự tổn hao điện năng trong một máy biến áp gồm những nguyên nhân nào?
Với các máy khi làm việc bình thường (H > 98%), có thể viết: U2I2
= U1I1 ® công suất biểu kiến ở cuộn thứ cấp xấp xỉ bằng công
suất biểu kiến ở cuộn sơ cấp. Đơn vị (V.A)
HS ghi nhận định nghĩa.
HS trình bày các nguyên nhân.
- Kết luận: (Sgk)
3. Hiệu suất của máy biến áp coâng suaát tieâu thuï ôû maïch thöù caáp coâng suaát ñöa vaøo ôû maïch sô caáp
* Chú ý
- Sự tổn hao điện năng trong một máy biến áp gồm có:
+ Nhiệt lượng Jun trong các cuộn dây.
+ Nhiệt lượng Jun sinh ra bởi dòng điện Fu-cô.
+ Toả nhiệt do hiện tượng từ trễ.
- Y/c HS nêu các ứng dụng của máy biến áp.
- HS nghiên cứu Sgk và những hiểu biết của mình
để nêu các ứng dụng.
III. Ứng dụng của máy biến áp
Truyền tải điện năng.
Nấu chảy kim loại, hàn điện.
HOẠT ĐỘNG 3: Hoạt động luyện tập (10') Mục tiêu: Luyện tập củng cố nội dung bài học
Phương pháp dạy học: dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình
Định hướng phát triển năng lực:	Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.
Câu 1: . Trạm phát điện truyền đi công suất 550 kW, điện áp nơi phát bằng 10 kV. Muốn độ giảm điện áp trên dây tải không vướt quá 10% điện áp nơi phát thì điện trở của dây tải điện không được vượt quá giá trị
A. 18 Ω B. 11 Ω C. 55 Ω D. 5,5 Ω
Câu 2: Một học sinh quấn một máy biến áp với lõi sắt không phân nhánh, có số vòng dây cuộn thứ cập gầp hai lần số vòng dây cuộn sơ cấp. Khi đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp một điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng U thì điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn thứ cấp đẻ hở là 1,9 U. Khi kiểm tra thì phát hiện trong cuộn thứ cấp có 50 vòng dây bị quấn ngược chiều so với đa số các vòng dây trong đó. Bỏ qua mọi hao phí trong máy biến áp. Tổng số vòng dây đã được quấn trong máy biến áp này là
A. 1900 vòng B. 3000 vòng C. 1950 vòng D. 2900 vòng
Câu 3: Điện năng được tải từ một máy phát điện đến nơi tiêu thụ bằng đường dây có điện trở R = 50 Ω. Biết điện áp giữa hai đầu cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp máy hạ thế lần
lượt là U1=2000 V,U2=200 V. Cường độ dòng điện chạy trọng cuộn thứ cấp máy hạ thế I2=200 A. Hiệu suất truyền tải điện là
A. 85% B. 90 % C. 87% D. 95%
Câu 4: Có hai máy biến áp lí tưởng (bỏ qua mọi hao phí) các cuộn sơ cáp có cùng số vòng dây nhưng các cuộn thứ cấp có số vòng dây khác nhau. Khi đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng U không đổi vào hai đầu cuộn thứ cấp của máy thứ nhất thì tỉ số giữa điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn thứ cấp và cuộn sơ cấp để hở của máy đó là 1,5. Khi đạt điện áp xoay chiều nói trên vào hai đầu cuộn sơ cấp của máy thứ hai thì tỉ số đó là 2. Khi cùng thay đổi số vòng dây của cuộn thứ cấp của mỗi máy 50 vòng dây rồi lặp lại thí nghiệm thì tỉ số điện áp nói trên củ hai máy là bằng nhau. Số vòng dây của cuộn sơ cấp mỗi máy là
A. 100 vòng B. 150 vòng C. 250 vòng D. 200 vòng
âu 5: Nguồi ta cần truyền đi xa một công suất điện 1 MW dưới điện áp 6 kV, mạch có hệ số công suất cosφ = 0,9. Để hiệu suất truyền tải điện không nhỏ hơn 80% thì điện trở R của đường dây phải thỏa mãn
A.R≤5,8 Ω B. R≤3,6 Ω
C. R≤36 Ω D. R≤72 Ω
Câu 6 Một máy biến áp lí tưởng có N1 = 5 000 vòng ; N2 = 250 vòng ; U1(điện áp hiệu dụng ở cuộn sơ cấp) là 110 V. Điện áp hiệu dụng ở cuộn thứ cấp là bao nhiêu ?
A. 5,5 V. B. 55 V. C. 2 200 V. D. 220 V.
Câu 7: Điện năng được truyền đi với công suất P trên một đường dây tải điện với một điện áp ở trạm truyền là U, hiệu suất của quá trình truyền tải là 90%. Nếu giữ nguyên điện áp trạm truyền trải điện nhưng giảm công suất truyền tải đi 2 lần thì hiệu suất truyền tải điện khi đó là
A. 80% B. 85% C. 90% D. 95%
Câu 8: Một đường dây có điện trở R = 2 Ω, dẫn một dòng điện xoay chiều một pha từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ. Điện áp hiệu dụng ở nguồn điện lúc phát ra là 5000 V, công suất cần truyền tải là 500 kW. Hệ số công suất của mạch điện là 0,8. Có bao nhiêu phần trăm công suất bị mất trên đường dây do toản nhiệt?
A. 6,25 % B. 10% C. 3,25% D. 8%
Câu 9: Điện năng ở một trạm điện được truyền đi dưới điện áp 2 kV, hiệu suất trong quá trình truyền tải là 80%. Biết công suất truyền đi là không đổi. Muốn hiệu suất trong quá trình truyền tải tăng đến 95% thì ta phải
giảm điện áp xuống còn 1 kV
tăng điện áp lên đến 8 kV
giảm điện áp xuống còn 0,5 kV
tăng điện áp lên đến 4 kV
Hướng dẫn giải và đáp án
Câu
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Đáp án
A
B
C
D
A
A
D
A
D
HOẠT ĐỘNG 4: Hoạt động vận dụng (8’) Mục tiêu: Vận dụng làm bài tập
Phương pháp dạy học: Dạy học nhóm; dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình
Định hướng phát triển năng lực:	Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.
Bài 16.11 trang 46 Sách bài tập Vật Lí 12: Nhà máy điện phát đi một công suất bằng 11000 kW đến một nơi tiêu thụ trên một đường dây điện có điện trở tổng cộng 25Ω. Tính công suất hao phí trên đường dây trong hai trường hợp sau :
Khi điện áp hiệu dụng ở hai cực máy phát là 22 kV.
Khi điện áp hiệu dụng ở hai cực máy phát là 110 kV.
Thực hiện nhiệm vụ học tập:
- HS sắp xếp theo nhóm và tiến hành làm việc theo nhóm dưới sự hướng dẫn của GV
Khi điện áp hiệu dụng ở hai cực máy phát là 22 kV công suất hao phí trên đường dây là 6250W
Khi điện áp hiệu dụng ở hai cực máy phát là 110 kV công suất hao phí trên đường dây là 250W
HOẠT ĐỘNG 5: Hoạt động tìm tòi và mở rộng (2’) Mục tiêu: Tìm tòi và mở rộng kiến thức
Phương pháp dạy học: dạy học nêu và giải quyết vấn đề
Định hướng phát triển năng lực:	Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.
Hệ thống lại trọng tâm của bài học và các công thức
Hướng dẫn về nhà
Củng cố
Hệ thống lại trọng tâm của bài học và các công thức
BTVN
- Làm tất cả các bài tập trong SGK trang 91 và bài tập trong SBT lý 12 trang 26 và 27.