Để truyền tải điện năng từ các nhà máy điện đến nơi tiêu thụ, điện năng phải được truyền đi trên những khoảng cách rất xa. Việc truyền tải điện năng đi xa như vậy gặp phải một vấn đề lớn: sự hao phí điện năng do tỏa nhiệt trên đường dây tải điện. Vậy Vì Sao để Vận Tải điện Năng đi Xa Người Ta Phải Dùng Máy Biến Thế?
Công suất hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây được tính theo công thức:
(P_{hp} = frac{R cdot P^2}{U^2})
Trong đó:
- (P_{hp}) là công suất hao phí do tỏa nhiệt.
- (R) là điện trở của dây dẫn.
- (P) là công suất truyền tải.
- (U) là hiệu điện thế truyền tải.
Từ công thức trên, ta thấy rằng công suất hao phí tỉ lệ nghịch với bình phương hiệu điện thế. Điều này có nghĩa là, nếu ta tăng hiệu điện thế lên nhiều lần, công suất hao phí sẽ giảm đi đáng kể. Đó là lý do chính vì sao để vận tải điện năng đi xa người ta phải dùng máy biến thế. Máy biến thế được sử dụng để tăng hiệu điện thế ở đầu đường dây truyền tải (máy biến thế tăng áp) và giảm hiệu điện thế ở cuối đường dây truyền tải (máy biến thế hạ áp) để phù hợp với nhu cầu sử dụng của người tiêu dùng.
Alt: Máy biến áp tăng áp công nghiệp cỡ lớn, minh họa việc sử dụng máy biến thế trong hệ thống truyền tải điện cao thế để giảm hao phí.
Ví dụ cụ thể:
Trên cùng một đường dây tải điện, nếu dùng máy biến thế để tăng hiệu điện thế ở hai đầu dây dẫn lên 100 lần thì công suất hao phí vì tỏa nhiệt trên đường dây sẽ giảm đi bao nhiêu lần?
Từ công thức tính công suất hao phí do tỏa nhiệt, ta thấy công suất hao phí tỉ lệ nghịch với bình phương hiệu điện thế. Do đó, nếu tăng U lên 100 lần thì công suất hao phí sẽ giảm (100^2 = 10000) lần.
Ứng dụng máy biến thế trong truyền tải điện:
Máy biến thế đóng vai trò then chốt trong hệ thống truyền tải điện năng hiện đại. Chúng cho phép truyền tải điện năng đi xa một cách hiệu quả, giảm thiểu hao phí và đảm bảo nguồn cung cấp điện ổn định cho người tiêu dùng.
Alt: Sơ đồ cấu tạo máy biến áp, thể hiện cuộn sơ cấp, cuộn thứ cấp và lõi thép, minh họa nguyên lý hoạt động cơ bản của máy biến thế trong việc thay đổi điện áp.
Ví dụ bài tập:
Cuộn sơ cấp của một máy biến thế có 4400 vòng, cuộn thứ cấp có 120 vòng. Đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp một hiệu điện thế xoay chiều 220V. Tìm hiệu điện thế ở hai đầu cuộn thứ cấp.
Ta có công thức:
(frac{U_1}{U_2} = frac{n_1}{n_2})
Trong đó:
- (U_1) là hiệu điện thế ở cuộn sơ cấp.
- (U_2) là hiệu điện thế ở cuộn thứ cấp.
- (n_1) là số vòng dây ở cuộn sơ cấp.
- (n_2) là số vòng dây ở cuộn thứ cấp.
Thay số vào, ta được:
(frac{220}{U_2} = frac{4400}{120})
Suy ra:
(U_2 = frac{220 cdot 120}{4400} = 6V)
Vậy hiệu điện thế ở hai đầu cuộn thứ cấp là 6V.
