Bài giảng điện tử chuyên đề Vật lí 12 chân trời sáng tạo

Nội dung giáo án

CHÀO MỪNG CÁC EM 

 ĐẾN VỚI BÀI HỌC HÔM NAY! 

KHỞI ĐỘNG 

Dòng điện xoay chiều tại nơi tiêu thụ (nhà máy, xí nghiệp, hộ gia đình,…) thường có điện áp hiệu dụng khoảng 380 V hoặc 220 V. 

Tuy nhiên, tại nơi sản xuất điện (nhà máy điện), điện áp được tăng lên rất lớn (220 kV hoặc 500 kV) trước khi truyền tải đi xa. 

Đường dây truyền tải điện 500kV Bắc - Nam (Việt Nam) 

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? 

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. 

BÀI 2:  MÁY BIẾN ÁP. TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG 

NỘI DUNG BÀI HỌC 

01 

Máy biến áp 

02 

Truyền tải điện năng đi xa 

MÁY BIẾN ÁP 

KHÁI NIỆM 

Thảo luận cặp đôi 

Nối nguồn điện (220V - 50Hz) với một máy biến áp dùng trong phòng thí nghiệm có điện áp ở đầu ra dưới 18V. Dùng đồng hồ đo điện đa năng hiện số (có chức năng đo tần số) đo điện áp và tần số ở đầu ra của máy biến áp, so sánh với điện áp và tần số của nguồn điện. 

Ta thấy điện áp ở đầu ra nhỏ hơn điện áp ở nguồn điện, nhưng tần số của nguồn điện không thay đổi. 

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. 

CẤU TẠO CỦA MÁY BIẾN ÁP 

Quan sát Hình 2.2 và thực hiện yêu cầu: 

 Hình 2.2. Sơ đồ cấu tạo của máy biếp áp 

Em hãy nêu cấu tạo của máy biến áp? 

Cuộn sơ cấp là gì? Cuộn thứ cấp là gì? 

GHI NHỚ 

Cấu tạo 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. 

Trong các mạch điện, máy biến áp được kí hiệu như sau: 

Ví dụ 

Máy biến áp 

NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY BIẾN ÁP 

Theo dõi video và thực hiện các yêu cầu sau: 

Video nguyên lí hoạt động của máy biến áp 

• Em hãy nêu nguyên lí hoạt động của máy biến áp.
• Điện áp hiệu dụng ở hai đầu tỉ lệ như thế nào với số vòng dây?

Nguyên lí hoạt động: 

• 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.

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: 

E_1/E_2 =N_1/N_2 

• Nếu bỏ qua điện trở cuộn sơ cấp và thứ cấp thì: U1 = E1, U2 = E2.
• Do máy biến áp lí tưởng nên:

Tìm hiểu về điều kiện của máy tăng áp và máy hạ áp. 

Nếu N2 > N1 thì U2 > U1: 

Máy tăng áp 

Nếu N2 < N1 thì U2 < U1: 

Máy hạ áp 

HOẠT ĐỘNG CẶP ĐÔI 

Thảo luận 2 (SGK - tr15) 

Từ biểu thức từ thông qua mỗi vòng dây Φ=Φ_0 cosωt, hãy chứng minh biểu thức E_1/E_2 =U_1/U_2 =N_1/N_2 . 

Gợi ý 

• Với lõi sắt kín, hầu như mọi đường sức từ chỉ chạy trong lõi sắt nên từ thông qua mỗi vòng dây ở cả hai cuộn bằng nhau, suất điện động cảm ứng trong mỗi cuộn dây tỉ lệ với số vòng dây và tỉ số giữa các suất điện động tức thời không đổi nên:

E_1/E_2 =N_1/N_2 

• Nếu bỏ qua điện trở của dây quấn thì có thể coi điện áp hiệu dụng ở hai đầu mỗi cuộn dây bằng suất điện động hiệu dụng tương ứng trong mỗi cuộn:

U1 = E1, U2 = E2. 

Thảo luận 3 (SGK - tr15) 

Có thể dùng máy biến áp để thay đổi điện áp của dòng điện không đổi hay không? Giải thích. 

Có thể 

Vì điện áp của dòng điện tỉ lệ với số vòng dây và tỉ lệ nghịch với cường độ dòng điện, nên khi thay đổi các yếu tố này có thể thay đổi điện áp của dòng điện. 

Một số loại máy biến áp phổ biến hiện nay 

Máy biến áp sử dụng trong phòng thí nghiệm môn Vật lí 

Máy biến áp một pha, sử dụng trong sinh hoạt 

Máy biến áp ba pha sử dụng trong sản xuất 

Máy biến áp ba pha công suất lớn dùng trong truyền tải và phân phối điện năng 

Luyện tập (SGK - tr15) 

Một máy hạ áp có số vòng dây cuộn sơ cấp là 2000 vòng được nối vào dòng điện xoay chiều có điện áp hiệu dụng là 220 V. Biết điện áp hiệu dụng ở cuộn thứ cấp là 100 V, tính số vòng dây cuộn thứ cấp. 

Ta có:  

N1 = 2000 vòng 

U1 = 220 V 

U2 = 100 V 

N2 = ? 

Gợi ý 

N2 ≈ 909 (vòng) 

TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA 

...