Giải Hoạt động 3 trang 17 Chuyên đề Vật lí 12

Lời giải

Trong truyền tải năng lượng điện đi xa, người ta dùng dòng điện và điện áp xoay chiều vì những ưu điểm sau:

a) Về phương diện khoa học

Công suất hao phí do toả nhiệt trên đường dây tải điện là:
$$P_{hp}=R\,I^{2}=R\,\dfrac{P^{2}}{U^{2}\cos^{2}\varphi}$$
trong đó $P$ là công suất cần truyền đi, $U$ là điện áp ở đầu đường dây, $R$ là điện trở đường dây.

- Với dòng điện xoay chiều, điện áp có thể tăng – giảm dễ dàng bằng máy biến áp (điều mà dòng điện một chiều không làm được một cách đơn giản). Máy biến áp hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, cấu tạo đơn giản, không có bộ phận chuyển động, hiệu suất rất cao.
- Trước khi truyền đi, ta dùng máy tăng áp để nâng điện áp $U$ lên rất cao. Khi truyền cùng một công suất $P$, điện áp $U$ tăng thì cường độ dòng điện $I$ giảm, nên công suất hao phí $P_{hp}\sim\dfrac{1}{U^{2}}$ giảm rất nhanh (tăng $U$ lên $n$ lần thì hao phí giảm $n^{2}$ lần).
- Đến nơi tiêu thụ, lại dùng máy hạ áp để đưa điện áp về giá trị an toàn, phù hợp với các thiết bị sử dụng.

Như vậy, nhờ tính chất biến đổi điện áp được bằng máy biến áp mà dòng điện xoay chiều cho phép truyền tải điện năng đi xa với hao phí nhỏ và bảo đảm an toàn khi sử dụng.

b) Về phương diện kinh tế

- Giảm được công suất hao phí trên đường dây đồng nghĩa với tiết kiệm được một lượng lớn điện năng, giảm chi phí vận hành.
- Khi điện áp cao, dòng điện $I$ nhỏ nên tiết diện dây dẫn có thể nhỏ hơn, tiết kiệm được kim loại làm dây (đồng, nhôm) và giảm khối lượng cột đỡ, giảm chi phí xây dựng đường dây.
- Máy biến áp có cấu tạo đơn giản, bền, giá thành không cao và hiệu suất lớn, nên việc tăng – giảm điện áp tốn kém ít mà hiệu quả kinh tế mang lại rất lớn.

→ Chính vì vậy, trong thực tế mạng lưới điện quốc gia đều dùng dòng điện và điện áp xoay chiều để truyền tải điện năng.

Đáp số