Cách tính công suất hao phí môn Vật lí lớp 9

Buzz

Nội dung bài viết

Công thức tính công suất hao phí

1. Ý nghĩa của công suất hao phí

2. Công thức tính công suất hao phí

3. Công thức tính công suất hao phí trong nguồn

4. Công thức tính công suất hao phí tỏa nhiệt

5. Cách giảm hao phí trên đường dây tải điện

6. Các đơn vị đo công suất hao phí

7. Bài tập tính công suất hao phí

8. Một số lưu ý về hiệu suất hao phí

Xem thêm

Đọc tóm tắt

- Công suất hao phí là đại lượng đo lường công không hiệu quả trong hoạt động máy móc, bao gồm định nghĩa, công thức, ví dụ minh họa, và bài tập.
- Công suất hao phí gây ra do điện trở của dây dẫn, nhiệt tỏa ra trong quá trình truyền điện, và điện trở làm tăng nhiệt.
- Công thức tính công suất hao phí là Php = I²R hoặc Php = U²/R. Để giảm hao phí, có thể giảm điện trở dây dẫn, tăng hiệu điện thế, hoặc tăng hệ số công suất cosφ. Đơn vị đo công suất hao phí bao gồm Watt (W), mW, MW, KW, và KVA. Bài tập tính công suất hao phí yêu cầu biết cường độ dòng điện, điện áp, và điện trở để tính toán chính xác.
- Các bài tập liên quan đến công suất hao phí bao gồm việc áp dụng công thức tính công suất tỏa nhiệt để giảm hao phí, tính công suất hao phí trên đường dây điện dài và dây dẫn khác nhau, và so sánh công suất hao phí của các đường dây với điện áp khác nhau.
- Cũng bao gồm việc tính toán công suất hao phí trong điều kiện cụ thể và các lưu ý quan trọng về hiệu suất hao phí, như việc sử dụng máy tính cầm tay và chuyển đổi đơn vị chính xác.

Công thức tính công suất hao phí là tài liệu hữu ích dành cho học sinh tham khảo. Nó bao gồm định nghĩa, công thức tính, ví dụ minh họa cùng với các bài tập và đáp án.

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

1. Công suất hao phí là gì
2. Công thức tính công suất hao phí
3. Công thức tính công suất hao phí trong nguồn
4. Công thức tính công suất hao phí tỏa nhiệt
5. Cách giảm hao phí trên đường dây tải điện
6. Các đơn vị đo công suất hao phí
7. Bài tập tính công suất hao phí
8. Một số lưu ý về hiệu suất hao phí

1. Ý nghĩa của công suất hao phí

Công suất hao phí là đại lượng 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, hay còn được gọi là công suất tỏa nhiệt, 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.

2. Công thức tính công suất hao phí

${P_{hp}} = {I^2}.R = \frac{{{U^2}}}{R} = R.\frac{{{P^2}}}{{{U^2}}}$

Trong công thức: P_hp đại diện cho công suất hao phí

I là cường độ dòng điện (A)

U là điện áp (V)

R là điện trở của dây dẫn (Ω)

P là công suất (W)

Vì sao có hao phí?

Dưới đây là 3 lý do chính gây ra công suất hao phí:

- Do điện trở của dây dẫn khi truyền điện năng.

- Trong quá trình truyền điện, dây dẫn sẽ nóng lên và phát ra nhiệt do quá trình biến đổi nhiệt năng thành điện năng.

- Có hao phí trên đường truyền do nhiệt tỏa trên đường dây.

3. 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 = I2R hoặc Q = U2/R, Trong đó

Q: là công suất hao phí, còn được gọi là công suất tỏa nhiệt.

I: là cường độ dòng điện.

R: Là giá trị của điện trở

U: Được hiểu là hiệu điện thế

4. Công thức tính công suất hao phí tỏa nhiệt

Công thức tính công suất hao phí tỏa nhiệt chính là công thức mà chúng tôi đã 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 = UIcosφ để tính công suất tiêu thụ trên toàn mạch điện.

P=I2R 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 = P coich

+ Phaophi ←> UIcosφ = Pcoich + I2R

Từ công thức tính công suất hao phí này, người ta có thể tìm cách nâng cao hệ số công suất để giảm công suất tỏa nhiệt khi truyền tải điện năng.

5. Cách giảm hao phí trên đường dây tải điện

Từ công thức: để giảm công suất hao phí, có hai phương án là giảm R hoặc tăng U

Từ công thức tính công suất hao phí, ta có thể thấy cách giảm hao phí điện năng trên đường truyền, đó là giảm điện trở R hoặc tăng hiệu điện thế U hoặc tăng hệ số công suất cosφ. Cụ thể như sau:

*Giảm điện trở R

Điện trở của dây dẫn được xác định bằng tích điện trở suất của vật liệu của dây dẫn với chiều dài của dây dẫn chia cho diện tích mặt cắt của dây dẫn. Chiều dài của dây dẫn trên đường truyền là xác định nên ta có thể giảm điện trở bằng cách:

- Giảm điện trở suất của dây dẫn: Sử dụng các vật liệu có điện trở suất nhỏ làm dây tải điện như vàng, bạc,.. để tăng khả năng dẫn điện. Tuy nhiên, cách này quá tốn kém vì đây là các vật liệu đắt tiền.

- Tăng diện tích mặt cắt của dây dẫn bằng cách sử dụng dây to => Tăng khối lượng dây và cột đỡ.

=> Khi giảm điện trở R đi k lần thì công suất hao phí Php giảm k lần.

*Tăng hiệu điện thế U

Theo công thức tính công suất hao phí, khi tăng hiệu điện thế lên k lần thì Php sẽ giảm k2 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

- 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,….

6. 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.

7. 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 n² 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:

${P_{hp}} = \frac{{R.{P^2}}}{{{U^2}}} = \frac{{50.{{\left( {10000} \right)}^2}}}{{{{100}^2}}} = 500000\left( {kW} \right)$ ${200^2} = 40000$ ${P_{hp}} = \frac{{500000}}{{40000}} = 12,5\left( {kW} \right)$

Bài tập 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

${P_{hp}} = R.\frac{{{P^2}}}{{{U^2}}} = 104.\frac{{{{45000}^2}}}{{{{25000}^2}}} = 336,96\left( W \right)$

Công suất hao phí tỉ lệ nghịch với bình phương hiệu điện thế nên P_hp giảm 10 lần thì U tăng:

$U = {25000^2} = 625000000\left( V \right)$

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 :

Điện trở dây dẫn là: R = 120.0,4 = 48 (Ω)

Công suất hao phí trên đường dây là:

$\mathrm{P}_{\mathrm{hp}}=\mathrm{R} \cdot \mathrm{I}^{2}=48 \cdot 200^{2}=1920000(\mathrm{~W})$

Bài 4: Người ta cần truyền một hiệu 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 :

Quy đổi 100kW = 100000W; 10kW = 10000W; 5kV = 5000V.

Áp dụng công thức:

$P_{h p}=\frac{\mathrm{P}^{2} \cdot R}{\mathrm{U}^{2}} \Rightarrow \mathrm{R}=\frac{\mathrm{U}^{2} \cdot P_{h p}}{\mathrm{P}^{2}}$

Điện trở dây dẫn là:

$\mathrm{R}=\frac{\mathrm{U}^{2} \cdot P_{h p}}{\mathrm{P}^{2}}=\frac{5000^{2} \cdot 10000}{100000^{2}}=25(\Omega)$

Bài 5: Dựa vào công thức tính công suất hao phí do tỏa nhiệt trong quá trình truyền tải điện năng, em 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.

8. 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.

Nội dung được phát triển bởi đội ngũ Mytour với mục đích chăm sóc khách hàng và chỉ dành cho khích lệ tinh thần trải nghiệm du lịch, chúng tôi không chịu trách nhiệm và không đưa ra lời khuyên cho mục đích khác.

Nếu bạn thấy bài viết này không phù hợp hoặc sai sót xin vui lòng liên hệ với chúng tôi qua email [email protected]

Các câu hỏi thường gặp

Công suất hao phí là gì và tại sao lại có hao phí trong hệ thống điện?

Công suất hao phí là đại lượng chỉ lượng công không hiệu quả được sinh ra trong quá trình truyền tải điện năng, gây tỏa nhiệt do điện trở của dây dẫn. Hao phí này xảy ra vì điện trở của dây dẫn khi truyền điện và nhiệt phát sinh từ quá trình biến đổi năng lượng.

Công thức tính công suất hao phí trong mạch điện là gì?

Công thức tính công suất hao phí là P = I²R, trong đó I là cường độ dòng điện, R là điện trở của dây dẫn. Công thức này giúp tính toán công suất bị mất do điện trở trong quá trình truyền tải điện.

Làm thế nào để giảm công suất hao phí trong hệ thống điện?

Để giảm công suất hao phí, có thể giảm điện trở R hoặc tăng hiệu điện thế U. Giảm điện trở có thể thông qua việc sử dụng dây dẫn có chất liệu tốt hơn hoặc tăng diện tích tiết diện dây dẫn, trong khi tăng hiệu điện thế giúp giảm công suất hao phí hiệu quả hơn.

Công thức tính công suất hao phí tỏa nhiệt trong mạch điện như thế nào?

Công thức tính công suất hao phí tỏa nhiệt là P = UIcosφ, trong đó P là công suất tiêu thụ, U là hiệu điện thế, I là cường độ dòng điện, và cosφ là hệ số công suất. Công thức này áp dụng để tính công suất hao phí khi có sự tỏa nhiệt trong mạch điện.

Công suất hao phí ảnh hưởng đến hiệu quả truyền tải điện năng như thế nào?

Công suất hao phí làm giảm hiệu quả của quá trình truyền tải điện năng, vì một phần năng lượng bị mất dưới dạng nhiệt. Điều này không chỉ làm giảm hiệu suất sử dụng năng lượng mà còn tăng chi phí vận hành do cần nhiều năng lượng hơn để đạt được công suất đầu ra mong muốn.

Cách tính công suất hao phí khi sử dụng máy tăng thế và hạ thế trong truyền tải điện năng là gì?

Công suất hao phí trong hệ thống điện có sử dụng máy tăng thế và hạ thế có thể tính bằng công thức P = I²R hoặc P = U²/R. Khi sử dụng máy tăng thế, điện áp được nâng cao, giúp giảm hao phí do tỏa nhiệt trong quá trình truyền tải, nhưng cũng cần tính toán cẩn thận để tối ưu hóa hiệu suất.

Đơn vị đo công suất hao phí là gì và làm thế nào để đo được công suất này?

Đơn vị đo công suất hao phí là Watt (W), và có thể đo công suất hao phí thông qua các thiết bị đo công suất điện tử, bằng cách áp dụng các công thức tính toán dựa trên cường độ dòng điện và điện trở của dây dẫn.

Có những biện pháp nào để giảm công suất hao phí khi truyền tải điện năng đi xa?

Để giảm công suất hao phí khi truyền tải điện năng đi xa, có thể áp dụng các biện pháp như giảm điện trở của dây dẫn (bằng cách sử dụng vật liệu tốt hơn), tăng hiệu điện thế truyền tải hoặc sử dụng các máy biến thế để tăng điện áp, giúp giảm hao phí năng lượng.