Mới nhất Ngữ văn IELTS TOEIC Từ vựng tiếng Anh Tiếng Anh giao tiếp Tiếng Anh THPT Kỹ năng tiếng Anh Ngôn ngữ khác

Nội dung bài viết

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

Công thức tính công suất hao phí trong chương trình Vật lí lớp 9

Chia sẻ

Công thức tính công suất hao phí là nguồn tài liệu quý giá dành cho học sinh tham khảo. Nó bao gồm định nghĩa, công thức tính toán, ví dụ minh họa chi tiết cùng các dạng bài tập kèm đáp án và bài tập tự luyện để củng cố kiến thức.

Công suất hao phí là đại lượng biểu thị lượng công không có ích được tạo ra trong quá trình hoạt động của máy móc, thường được hiểu là công suất tỏa nhiệt. Trong bài học này, EduTOPS sẽ cung cấp toàn bộ kiến thức liên quan đến công suất hao phí. Hiểu rõ công suất hao phí giúp học sinh tính toán chính xác giá trị công suất cần thiết để vận hành thiết bị, đồng thời nắm bắt được lượng điện năng tiêu thụ. Bên cạnh đó, các bạn có thể tham khảo thêm công thức tính gia tốc và công thức tính công suất để mở rộng kiến thức.

1. Công suất hao phí là gì?

Công suất hao phí là đại lượng biểu thị lượng công không có ích được tạo ra trong quá trình hoạt động của máy móc, thường được hiểu là công suất tỏa nhiệt. Nó phản ánh lượng nhiệt năng làm dây dẫn nóng lên và dẫn đến sự thay đổi điện trở.

Công suất hao phí, hay còn gọi là công suất tỏa nhiệt, xuất hiện trong quá trình vận hành thiết bị. Khi thiết bị hoạt động, nhiệt lượng được sinh ra làm thay đổi giá trị điện trở, từ đó tạo ra công suất hao phí.

2. Công thức tính công suất hao phí

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

P_{h p} = I^{2} . R = \frac{U^{2}}{R} = R . \frac{P^{2}}{U^{2}}

Trong đó: P_hp là công suất hao phí

I là cường độ dòng điện (A)

U là hiệu điện thế (V)

R là điện trở của dây dẫn (Ω)

P là công suất (W)

Tại sao có hao phí?

Dưới đây là ba nguyên nhân chính dẫn đến sự phát sinh công suất hao phí:

- Do điện trở của dây dẫn trong quá trình truyền tải điện năng.

- Trong quá trình truyền điện, dây dẫn nóng lên và tỏa nhiệt do sự chuyển đổi từ điện năng sang nhiệt năng.

- Hao phí trên đường truyền chính là hao phí tỏa nhiệt trên đường dây.

3. Công thức tính công suất hao phí trong nguồn

Công thức tính công suất hao phí trong nguồn tương tự như công thức tính hao phí tỏa nhiệt hoặc hao phí trên đường dây tải điện. Công thức cụ thể như sau:

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 điện trở.

U: 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 phần trước.

Đối với công thức tính công suất hao phí trong chương trình lớp 12, nó được áp dụng để tính công suất trong mạch điện xoay chiều. Công thức cụ thể như sau:

P = UIcosφ để tính công suất tiêu thụ trên toàn mạch điện.

P = I²R để tính công suất tỏa nhiệt khi mạch điện có điện trở R. Một phần công suất sẽ bị hao hụt do tỏa nhiệt, phần còn lại là công suất có ích. Công thức được áp dụng như sau:

P = P_coich + P_haophi ⇨ UIcosφ = P_coich + I²R

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

5. Cách giảm hao phí trên đường dây tải điện

Từ công thức tính công suất hao phí, có hai phương án chính để giảm hao phí: giảm điện trở R hoặc tăng hiệu điện thế U.

Dựa vào công thức tính công suất hao phí, ta có thể giảm hao phí điện năng trên đường truyền bằng cách giảm điện trở R, 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 tính bằng tích của điện trở suất vật liệu với chiều dài dây dẫn, chia cho diện tích mặt cắt. Vì chiều dài dây dẫn là cố định, ta có thể giảm điện trở bằng cách:

- Giảm điện trở suất của dây dẫn: Sử dụng vật liệu có điện trở suất thấp như vàng, bạc,... để tăng khả năng dẫn điện. Tuy nhiên, phương pháp này khá tốn kém do giá thành cao của các vật liệu này.

- Tăng diện tích mặt cắt của dây dẫn bằng cách sử dụng dây có kích thước lớn hơn, dẫn đến tăng khối lượng dây và chi phí xây dựng cột đỡ.

⇒ Khi giảm điện trở R đi k lần, công suất hao phí Php sẽ giảm đi k lần.

*Tăng hiệu điện thế U

Theo công thức tính công suất hao phí, khi tăng hiệu điện thế lên k lần, Php sẽ giảm đi k² lần. Do đó, tăng hiệu điện thế là phương pháp hiệu quả hơn so với giảm điện trở. Để thực hiện điều này, người ta sử dụng máy tăng thế.

*Tăng giá trị của hệ số công suất cosφ

Để tăng hệ số công suất cosφ, cần sử dụng các loại tụ điện đắt tiền tại các điểm tiêu thụ điện. Tuy nhiên, phương pháp này không khả thi do chi phí cao.

Một số giải pháp để truyền tải điện năng đi 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, và các thiết bị hỗ trợ khác.

6. Các đơn vị đo công suất hao phí

Watt (W) là đơn vị đo công suất chính và chuẩn xác nhất, cùng với các đơn vị nhỏ hơn như mW, MW, KW và KVA.

Trong đó:

+ KVA: Được sử dụng trong mạch điện xoay chiều, biểu thị công suất biểu kiến (S) - tổng vectơ của công suất thực (P) và công suất phản kháng (Q). VA là đơn vị đo công suất dòng điện, được tính bằng cách nhân hiệu điện thế (V) với cường độ dòng điện (A).

+ KW: Là đơn vị đo công suất thực (P) trong hệ đo lường quốc tế, biểu thị sự thay đổi năng lượng ΔE trong khoảng thời gian Δt.

7. Bài tập tính công suất hao phí

I. Trắc nghiệm

Câu 1: Để truyền đi cùng một công suất điện, nếu đường dây tải điện được rút ngắn đi hai lần thì công suất hao phí vì toả 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, muốn giảm công suất hao phí vì toả nhiệt, người ta hay dùng cách nào trong các cách dưới 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: Người ta cần truyền tải điện năng từ nhà máy điện đến khu dân cư. Ban đầu công suất điện là 100kW, nhưng sau đó do nhu cầu cần sử dụng nên công suất điện truyền đi tăng lên thành 200kW. Hao phí do 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: Để truyền đi cùng một công suất điện, nếu đường dây tải điện tăng lên hai lần, công suất điện tăng lên 2 lần thì 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 người ta tính được công suất hao phí do truyền tải là 10kW. Nhưng do nhu cầu thay đổi nên người ta phải nâng công suất dòng điện lên 2 lần. Muốn cho hao phí do truyền tải vẫn là 10kW thì người ta phải:

A. Tăng tiết diện dây dẫn lên 2 lần
B. Giảm 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: Để truyền đi một công suất điện, nếu đường dây tải điện dài gấp ba thì công suất hao phí vì tỏa nhiệt tăng hay 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:

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

P_{h p} = \frac{R . P^{2}}{U^{2}} = \frac{50. {(10000)}^{2}}{100^{2}} = 500000 (k W)

${200^2} = 40000$

200^{2} = 40000

${P_{hp}} = \frac{{500000}}{{40000}} = 12,5\left( {kW} \right)$

P_{h p} = \frac{500000}{40000} = 12, 5 (k W)

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

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

P_{h p} = R . \frac{P^{2}}{U^{2}} = 104. \frac{45000^{2}}{25000^{2}} = 336, 96 (W)

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

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

U = 25000^{2} = 625000000 (V)

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 được tính bằng công thức:

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

P_{hp} = R \cdot I^{2} = 48 \cdot 200^{2} = 1920000 (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:

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

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

Điện trở dây dẫn là:

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

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

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: Dòng điện xoay chiều được truyền từ trạm phát điện đến nơi tiêu thụ cách nhau 15km qua dây dẫn kim loại có điện trở suất p = 4.10^-7 Ωm và tiết diện 0,5cm². Điện áp tại trạm là 10kV với công suất 600kW. Hãy tính công suất tỏa nhiệt trên đường dây trong quá trình truyền tải điện năng.

Bài 9: Một công suất 5MW cần được truyền từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ cách nhau 40km. Hiệu điện thế tại nhà máy 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 là 1.10^-8Ωm và tiết diện dây là 0,5cm².

Bài 10: Đường dây tải điện dài 100km truyền tải dòng điện có công suất 6MW và hiệu điện thế 10kV. Dây dẫn bằng đồng, mỗi 1km có điện trở 0,3Ω. Hãy tính công suất hao phí trên đường dây.

Bài 11: Hai đường dây tải điện cùng truyền tải một công suất điện, có cùng tiết diện và chất liệu. Đường dây thứ nhất dài 100km với hiệu điện thế 100.000kV, đường dây thứ hai dài 200km với hiệu điện thế 200.000kV. Hãy so sánh công suất hao phí vì tỏa nhiệt Php1 và Php2 của hai đường dây.

Bài 12: Điện năng được truyền từ A đến B, sử dụng máy tăng thế tại A và máy hạ thế tại B. Dây dẫn từ A đến B có điện trở 40Ω, cường độ dòng điện là 50A. Công suất hao phí trên dây bằng 5% công suất tiêu thụ tại B, và hiệu điện thế tại cuộn thứ cấp của máy hạ thế là 220V. Tính tỉ số biến đổi của máy hạ thế, biết dòng điện và hiệu điện thế luôn cùng pha và bỏ qua hao phí trên máy biến thế.