Công thức tính công suất hao phí là tài liệu hữu ích dành cho các bạn học sinh lớp 9. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về công suất hao phí, công thức tính, và cách giảm hao phí trên đường dây tải điện.
Công suất hao phí là gì?
Công suất hao phí là đại lượng cho biết lượng công không hiệu quả được sản sinh trong quá trình hoạt động của máy móc. Việc hiểu rõ về công suất hao phí giúp các bạn tính toán được công suất cần thiết để vận hành thiết bị và lượng điện năng tiêu thụ.
Công thức tính công suất hao phí
Trong công thức, chúng ta có các thông số sau:
- Php: công suất hao phí
- I: cường độ dòng điện (A)
- U: điện áp (V)
- R: điện trở của dây dẫn (Ω)
- P: công suất (W)
Với công thức: Php = I^2 R = U^2 / R = R (P^2) / (U^2)
Ý nghĩa của công suất hao phí
Công suất hao phí biểu thị lượng công không hiệu quả được sản sinh trong quá trình hoạt động của máy móc, cũng được hiểu là công suất tỏa nhiệt hoặc lượng nhiệt làm tăng điện trở.
Công suất hao phí được tạo ra trong quá trình hoạt động của thiết bị. Lúc này, thiết bị sản sinh ra nhiệt độ và làm thay đổi giá trị điện trở, từ đó tạo ra P hao phí.
Công thức tính công suất hao phí trong nguồn
Về phương pháp tính toán công suất hao phí trong nguồn, nó tương tự như các phương pháp tính hao phí tỏa nhiệt hoặc hao phí trên đường dây tải điện. Công thức bao gồm:
- Q = I^2 * R hoặc Q = U^2 / R, trong đó:
- Q: công suất hao phí, còn được gọi là công suất tỏa nhiệt.
- I: cường độ dòng điện.
- R: giá trị của điện trở
- U: hiệu điện thế
Công thức tính công suất hao phí tỏa nhiệt
Công thức tính công suất hao phí tỏa nhiệt chính là công thức đã được đề cập ở trên.
Về công thức tính công suất hao phí trong lớp 12, nó được áp dụng để tính toán công suất của mạch điện xoay chiều. Cụ thể, công thức áp dụng như sau:
- P = U I cosφ để tính công suất tiêu thụ trên toàn mạch điện.
- P = I^2 R để tính công suất tỏa nhiệt khi có mạch điện trở R. Ở đây, một phần công suất sẽ bị hao hụt do tỏa nhiệt, phần còn lại là công suất có ích. Công thức áp dụng như sau: P = Pcoich + Phaophi ←> U I cosφ = Pcoich + I^2 R
Từ công thức tính công suất hao phí này, chúng ta có thể tìm cách nâng cao hệ số công suất để giảm công suất tỏa nhiệt khi truyền tải điện năng.
Cách giảm hao phí trên đường dây tải điện
Từ công thức, để giảm công suất hao phí, chúng ta có hai phương án:
- Giảm điện trở của đường dây: bạn có thể giảm điện trở suất của dây dẫn bằng cách sử dụng các vật liệu có điện trở suất nhỏ làm dây tải điện như vàng, bạc,… Tuy nhiên, cách này tốn kém vì đây là các vật liệu đắt tiền. Bạn cũng có thể tăng diện tích mặt cắt của dây dẫn bằng cách sử dụng dây to. Khi giảm điện trở R đi k lần thì công suất hao phí Php giảm k lần.
- Tăng hiệu điện thế: theo công thức tính công suất hao phí, khi tăng hiệu điện thế lên k lần thì Php sẽ giảm k^2 lần. Vì vậy, việc tăng hiệu điện thế sẽ hiệu quả hơn so với việc giảm điện trở. Để làm điều này, người ta sử dụng máy tăng thế.
- Tăng giá trị của hệ số công suất cosφ: để tăng giá trị của hệ số công suất cosφ, cần sử dụng các loại tụ điện đắt tiền tại các điểm tiêu thụ điện năng. Tuy nhiên, cách này cũng không khả thi.
Một số giải pháp cho việc truyền tải điện năng xa gồm:
- Sử dụng máy tăng thế trước khi truyền tải để tăng hiệu điện thế.
- Xây dựng hệ thống đường dây điện cao thế (110 kV – 500 kV), trung thế (11 kV – 35 kV) và hạ thế (220 V – 380 V) bao gồm cột điện, dây dẫn,…
Các đơn vị đo công suất hao phí
Watt (W) là đơn vị đo công suất chính và chuẩn xác nhất, cũng như một số đơn vị đo nhỏ hơn như: mW, MW, KW, Kva.
Trong đó:
- KwA: là đơn vị đo công suất cho mạch điện xoay chiều với công thức biểu kiến (S) và vectơ tổng của công suất thực (P) và công suất phản kháng (Q). VA là đơn vị đo của công suất dòng điện và được tính bằng cách nhân hiệu điện thế tính theo V với cường độ dòng điện tính theo A.
- Kw: là đơn vị đo cho công suất P trong hệ đo lường quốc tế, biểu thị cho sự thay đổi năng lượng ΔE trong khoảng thời gian Δt.
Bài tập tính công suất hao phí
I. Bài kiểm tra
Câu 1: Trong trường hợp truyền đi cùng một công suất điện, nếu đường dây tải điện được rút ngắn đi hai lần, công suất hao phí vì tỏa nhiệt sẽ:
A. Giảm 2 lần
B. Tăng 2 lần
C. Giảm 4 lần
D. Tăng 4 lần
Câu 2: Khi truyền đi cùng một công suất điện đi xa, để giảm công suất hao phí vì tỏa nhiệt, người ta thường áp dụng cách nào sau đây?
A. Giảm điện trở của đường dây
B. Giảm hiệu điện thế truyền tải
C. Tăng hiệu điện thế truyền tải
D. Tăng điện trở của đường dây
Câu 3: Khi truyền tải điện năng từ nhà máy điện đến khu dân cư, công suất điện ban đầu là 100kW, sau đó tăng lên 200kW do nhu cầu sử dụng. Công suất hao phí trong quá trình truyền tải thay đổi như thế nào?
A. Tăng lên 2 lần
B. Tăng lên 4 lần
C. Giảm đi 2 lần
D. Giảm đi 4 lần
Câu 4: Nếu đường dây tải điện tăng lên hai lần và công suất điện tăng lên 2 lần, công suất hao phí vì toả nhiệt sẽ:
A. Tăng lên 2 lần
B. Tăng lên 4 lần
C. Tăng lên 8 lần
D. Tăng lên 16 lần
Câu 5: Khi truyền tải điện năng từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ, công suất hao phí do truyền tải là 10kW. Muốn giữ cho công suất hao phí không đổi sau khi nâng công suất dòng điện lên 2 lần, người ta phải
A. Tăng diện tích tiết diện dây dẫn lên 2 lần
B. Giảm diện tích tiết diện dây dẫn đi 2 lần
C. Tăng hiệu điện thế truyền tải lên 1,41 lần
D. Tăng hiệu điện thế truyền tải lên 2 lần
Câu 6: Cùng một công suất điện được tải đi trên cùng một dây dẫn. Công suất hao phí khi hiệu điện thế truyền tải là 10kV so với khi dùng hiệu điện thế 50kV là:
A. Lớn hơn 5 lần.
B. Lớn hơn 25 lần.
C. Nhỏ hơn 25 lần.
D. Nhỏ hơn 5 lần.
Câu 7: Nếu đường dây tải điện dài gấp ba, công suất hao phí vì tỏa nhiệt sẽ tăng hoặc giảm bao nhiêu lần?
A. 1 lần
B. 2 lần
C. 3 lần
D. 4 lần
Câu 8: Phát biểu nào sau đây là sai? Công suất hao phí trên đường dây tải điện phụ thuộc vào
A. Hệ số công suất của nguồn phát.
B. Chiều dài đường dây tải điện
C. Điện áp hai đầu dây ở trạm phát điện.
D. Thời gian dòng điện chạy qua dây tải
Câu 9: Trong quá trình truyền tải điện năng, biện pháp giảm hao phí trên đường dây tải điện được sử dụng chủ yếu hiện nay là
A. Tăng điện áp trước khi truyền tải
B. Giảm tiết diện dây
C. Tăng chiều dài đường dây.
D. Giảm công suất truyền tải
Câu 10: Trong việc truyền tải điện năng, để giảm công suất hao phí trên đường dây tải n lần thì cần phải
A. Tăng điện áp lên
B. Tăng điện áp lên n lần.
C. Giảm điện áp xuống n lần.
D. Giảm điện áp xuống n^2 lần.
II. Bài tập tự luận
Bài tập 1: Người ta muốn truyền tải một công suất điện 10000kW từ một nhà máy điện đến khu dân cư với hiệu điện thế giữa hai đầu dây tải điện là 100kV,
a. Tính công suất hao phí trên đường dây, biết điện trở của toàn bộ đường dây là 50 Ω.
b. Nếu tăng hiệu điện thế giữa hai đầu đường dây tải điện lên đến 200kV thì công suất hao phí sẽ giảm đi bao nhiêu lần và có giá trị là bao nhiêu?
Hướng dẫn trả lời:
a. Công suất hao phí là:
b. Công suất hao phí tỉ lệ nghịch với bình phương hiệu điện thế nên Php giảm 10 lần thì U tăng:
Bài 2: Người ta muốn tải đi một số công suất điện 45000W bằng dây dẫn có điện trở 104Ω. Hiệu điện thế giữa 2 đầu dây tải điện là 25000V. Tính công suất hao phí trên đường dây tải điện.
Hướng dẫn trả lời:
Bài 3: Đường dây tải điện từ nhà xưởng thủy điện đến chỗ tiêu thụ dài 120 km. Dây dẫn được làm bằng đồng, cứ 1km có R = 0,4Ω. Người ta đo được cường độ dòng điện trên dây dẫn là 200A. Tính công suất hao phí trên đường dây?
Lời giải:
Bài 4: Người ta cần truyền một công suất điện 100kW dưới một hiệu điện thế hiệu dụng 5kV đi xa. Trong quá trình truyền tải người ta đo được công suất hao phí trên đường dây là 10kW. Điện trở của dây dẫn là bao nhiêu?
Lời giải:
Bài 5: Dựa vào công thức tính công suất hao phí do tỏa nhiệt trong quá trình truyền tải điện năng, hãy nêu 2 biện pháp có thể áp dụng để giảm công suất hao phí khi truyền tải một công suất điện xác định?
Bài 6: Đường dây tải điện từ nhà máy thủy điện đến nơi tiêu thụ dài 120km. Dây dẫn được làm bằng đồng, cứ 1km có R = 0,4Ω. Người ta đo được cường độ dòng điện trên dây dẫn là 200A. Tính công suất hao phí trên đường dây?
Bài 7: Người ta cần truyền một công suất điện 100kW dưới một hiệu điện thế hiệu dụng 5kV đi xa. Trong quá trình truyền tải người ta đo được công suất hao phí trên đường dây là 10kW. Điện trở của dây dẫn là bao nhiêu?
Bài 8: Người ta truyền tải dòng điện xoay chiều từ trạm phát điện cách nơi tiêu thu 15km bằng dây dẫn kim loại có điên trở suất p = 4.10-7 Ωm, tiết diện 0,5cm2. Điện áp và công suất ở trạm là 10kV và 600kW. Tính công suất tỏa nhiệt trên đường dây trong quá trình truyền tải điện năng.
Bài 9: Người ta cần truyền một công suất 5MW từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ cách nhau 40km. Hiệu điện thế hiệu tại nhà máy điện là U =100kV. Tính công suất hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây và công suất điện tại nơi tiêu thụ? Biết điện trở suất của dây tải điện là 1.10-8Ωm, dây có tiết diện là 0,5cm2.
Bài 10: Đường dây tải điện dài 100km, truyền đi một dòng điện có công suất 6MW và hiệu điện thế truyền tải là 10kV. Dây dẫn bằng đồng, cứ 1km có điện trở là 0,3Ω. Tính công suất hao phí trên đường dây?
Bài 11: Có hai đường dây tải điện tải đi cùng một công suất điện với dây dẫn cùng tiết diện, làm cùng bằng một chất. Đường dây thứ nhất có chiều dài 100 km và hiệu điện thế ở hai đầu dây là 100 000kV. Đường dây thứ hai có chiều dài 200 km và hiệu điện thế 200000 kV. So sánh công suất hao phí vì toả nhiệt Php1 và Php2 của hai đường dây?
Bài 12: Trong quá trình truyền tải điện năng từ A đến B, ở A sử dụng máy tăng thế và ở B sử dụng máy hạ thế. Dây dẫn từ A đến B có điện trở là 40Ω. Cường độ dòng điện trên dây là 50A, công suất hao phí trên dây bằng 5% công suất tiêu thụ ở B và hiệu điện thế ở hai đầu cuộn thứ cấp của máy hạ thế là 220V. Biết dòng điện và hiệu thế luôn cùng pha và bỏ qua hao phí trên máy biến đổi. Tính tỉ số biến đổi của máy hạ thế.
Một số lưu ý về hiệu suất hao phí
- Thuộc lòng và hiểu rõ công thức tính hiệu suất hao phí để giải bài tập một cách nhanh chóng.
- Cần chuyển đổi các thông số về cùng một đơn vị trước khi thực hiện tính toán.
- Sử dụng máy tính cầm tay để đảm bảo tính toán chính xác.
Với những kiến thức này, bạn đã có thể tính toán và hiểu về công suất hao phí trong môn Vật lí lớp 9 một cách hiệu quả. Đừng ngại thử áp dụng và tìm hiểu thêm về các ứng dụng của công suất hao phí trong cuộc sống hàng ngày. Cộng đồng BFSTC.edu.vn luôn cập nhật những tin tức mới nhất và sự kiện về Vật lí, Phát hiện, Mẹo, Truyện, Văn học, Vật lí, và Blog. Hãy truy cập bfstc.edu.vn để cập nhật thông tin.
