Công thức tính công suất hao phí Vật lí 9

Giới thiệu Tải về Bình luận

Công thức tính công suất hao phí là tài liêu vô cùng hữu ích dành cho các bạn học sinh tham khảo. Công suất hao phí bao gồm khái niệm, công thức tính, ví dụ minh họa kèm theo các dạng bài tập có đáp án và tự luyện kèm theo.

Công suất hao phí chính là đại lượng cho biết lượng công vô ích được sản sinh. Trong quá trình hoạt động của máy móc nó còn được hiểu là công suất tỏa nhiệt. Vì thế trong bài học hôm nay Download.vn sẽ giới thiệu toàn bộ kiến thức về công suất hao phí. Việc nắm bắt được công suất hao phí giúp các bạn có thể tính toán được giá trị công suất cần thiết để vận hành một thiết bị. Cũng như nắm bắt được lượng điện năng tiêu thụ. Ngoài ra các bạn xem thêm công thức tính gia tốc, công thức tính công suất.

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. Công suất hao phí là gì

Công suất hao phí là đại lượng cho biết lượng công vô ích được sản sinh. Trong quá trình hoạt động của máy móc nó còn được hiểu là công suất tỏa nhiệt. Hay chính là lượng nhiệt năng làm dây nóng lên và thay đổi điện trở.

Công suất hao phí hay còn được gọi là công suất tỏa nhiệt được hình thành trong quá trình vận hành thiết bị. Lúc này thiết bị sẽ sinh ra nhiệt lượng và làm cho giá trị điện trở thay đổi, từ đó sinh ra P hao phí.

2. Công thức tính công suất hao phí

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

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 sẽ là 3 nguyên nhân chính làm 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 sẽ trở nên nóng và tỏa nhiệt do quá trình nhiệt năng biến đổi thành điện năng.

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

3. Công thức tính công suất hao phí trong nguồn

Đối với công thức tính công suất hao phí trong nguồn cũng tương tự như các tính hao phí tỏa nhiệt hay hao phí trên đường dây tải điện. Công thức tính bao gồm:

Q = I2R hoặc Q = U2/R, Trong đó

Q: chính là công suất hao phí hay còn gọi là công suất tỏa nhiệt.

I: chính là cường độ của dòng điện.

R: Chính là điện trở

U: chính 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 suất hao phí mà chúng tôi vừa đề cập bên trên.

Còn với công thức tính công suất hao phí lớp 12 sẽ áp dụng để tính ra công suất của mạch điện xoay chiều. Công thức áp dụng cụ thể

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. Tại đây 1 phần công suất sẽ bị hao hụt do tỏa nhiệt còn lại sẽ là công suất có ích. Lúc này, công thức sẽ được áp dụng theo

P = P coich + Phaophi ←> UIcosφ = Pcoich + I2R

Từ công thức tính công suất hao phí này người ta có thể tìm được cách nâng cao hệ số công suất để làm 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 làm giảm hao phí điện năng trên đường truyền, đó là giảm giảm điện trở R hoặc tăng hiệu điện thế U hoặc tăng giá trị của 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. Vì 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: Dùng 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 đều 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. Do đó, tăng hiệu điện thế sẽ hiệu quả hơn so với phương án giảm điện trở. Để làm được điều này, người ra sử dụng máy tăng thế.

*Tăng giá trị của hệ số công suất cosφ

Để tăng giá trị của hệ số công suất cosφ, chúng ta phải sử dụng các loại tụ điện đắt tiền ở những nơi tiêu thụ điện năng. Do đó, cách này cũng không khả thi.

Một số giải pháp cho việc 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) 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- một số đơn vị đo nhỏ hơn như: mW, MW, KW, Kva.

Trong đó:

+ KwA: 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 việc nhân hiệu điện thế tính theo V cùng cường độ dòng điện A.

+ Kw: là đơn vị đo công suất P trong hệ đo lường quốc tế, công suất này biểu thị cho sự thay đổi nguồn 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 năng 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:

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

b. Nếu tăng hiệu điện thế giữa hai đầu đường dây tải điện lên đến 200kV thì công suất hao phí sẽ giảm đi ${200^2} = 40000$ ${200^2} = 40000$ và có giá trị là:

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

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

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

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

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

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:

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

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:

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

Điện trở dây dẫn là:

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

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: Người ta truyền tải điện năng từ A đến B, ở A dùng một máy tăng thế và ở B dùng hạ thế, dây dẫn từ A đến B có điện trở 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 mấy hạ thế là 220V. Biết dòng điện và hiệu thế luôn cùng pha và bỏ qua hao phí trên máy biến thế. Tính tỉ số biến đổi của máy hạ thế.