Giáo án Vật lý 12 - Truyền tải điện năng. Máy biến áp

Tiết: 0	TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG. MÁY BIẾN ÁP	
I. MỤC TIÊU
1. 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.
2. Kĩ năng: 
3. Thái độ: 
II. CHUẨN BỊ
1. Giáo viên: Thí nghiệm tìm các tính chất, hệ thức cơ bản của một máy biến áp (loại dùng cho HS).
2. Học sinh: Ôn lại về suất điện động cảm ứng, về vật liệu từ.
III. HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC
Hoạt động 1 ( phút): Kiểm tra bài cũ.
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
Kiến thức cơ bản
Hoạt động 2 ( phút): Tìm hiểu về bài toán truyền tải điện năng đi xa.
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
Kiến thức cơ bản
- Người ta sử dụng điện năng ở khắp mọi nơi, nhưng chỉ sản xuất điện năng trên quy mô lớn, ở một vài địa điểm. 
- 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?
- 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?
- HS ghi nhận nhu cầu của việc truyền tải điện năng đi xa.
Pphát = UphátI
- Giảm R (không thực tế) hoặc tăng Uphát (tăng Uphát 10 lần thì Php giảm 100 lần) có hiệu quả rõ rệt.
- Vì 
- Lúc “đưa” điện năng lên đường dây truyền tải ® tăng điện áp. Tới nơi tiêu thụ ® giảm điện áp.
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:
® Muốn giảm Php ta phải giảm R (không thực tế) hoặc tăng Uphát (hiệu quả).
- Kết luận:
Trong quá trình truyền tải điện năng, phải sử dụng những thiết bị biến đổi điện áp.
Hoạt động 3 ( phút): Tìm hiểu về máy biến áp
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
Kiến thức cơ bản
- 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 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?
- 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 điện từ, trong cuộn thứ cấp xuất hiện suất điện động cảm ứng.
- Dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ.
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
U2
D2
D1
* 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
- Trong cuộn thứ cấp xuất hiện suất điện động cảm ứng e2:
- Vậy, nguyên tắc hoạt động của máy biến áp dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ.
Hoạt động 4 ( phút): Khảo sát thực nghiệm một máy biến áp 
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
Kiến thức cơ bản
- Giới thiệu máy biến áp và vẽ sơ đồ khảo sát.
R
K
~
A1
V1
V2
A2
- 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 > 1 ® sẽ như thế nào?
- Khi mạch thứ cấp ngắt (I2 = 0), khi ta thay đổi U1 ® I1 thay đổi như thế nào?
- Thí nghiệm 1: Khoá K đóng (chế độ có tải). Trong thí nghiệm này ta sẽ khảo sát để xem giữa các giá trị I, U, N 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%.
- Theo định nghĩa, hiệu suất của một máy biến áp là tỉ số (tính ra %):
- Y/c HS nghiên cứu Sgk và 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 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.
> 1 ® U2 > U1: điện áp 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.
- HS ghi nhận định nghĩa.
- HS trình bày các nguyên nhân.
2. Khảo sát thực nghiệm một máy biến áp 
a. Thí ghiệm 1: Khoá K ngắt (chế độ không tải) I2 = 0.
- Hai tỉ số và luôn bằng nhau:
- Nếu > 1: máy tăng áp.
- Nếu < 1: máy hạ áp.
- 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.
- Kết luận: (Sgk)
3. Hiệu suất của máy biến áp
- Định nghĩa: (Sgk)
- 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.
Hoạt động 5 ( phút): Tìm hiểu về ứng dụng của máy biến áp 
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
Kiến thức cơ bản
- 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 
1. Truyền tải điện năng.
2. Nấu chảy kim loại, hàn điện.
Hoạt động 6 ( phút): Giao nhiệm vụ về nhà.
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
Kiến thức cơ bản
- Nêu câu hỏi và bài tập về nhà.
- Yêu cầu: HS chuẩn bị bài sau.
- Ghi câu hỏi và bài tập về nhà.
- Ghi những chuẩn bị cho bài sau.
IV. RÚT KINH NGHIỆM