Bài giảng về điện năng - Vật lí 11

Bài giảng về điện năng - Vật ly 11

Bài viết dưới đây  sẽ giúp các bạn làm sáng tỏ nội dung lý thuyết về điện năng vật lý 11!

I. Điện năng là gì?

Điện năng là năng lượng cung cấp bởi dòng điện. Cụ thể, nó là công cơ học thực hiện bởi điện trường lên các điện tích di chuyển trong nó. Năng lượng được sinh ra bởi dòng điện trong một đơn vị thời gian được gọi là công suất điện.

- Điện năng ký hiệu là gì: Đơn vị đo điện năng là KW

- Dụng cụ đo điện năng: Điện năng được đo bằng công tơ điện.

- Hình thức:

+ Điện năng phản kháng là gì? Là dạng điện tạo ra công suất ức chế lại các phản ứng tác động vào nó.

+ Điện năng vô công là gì? Là dạng điện không tạo ra công suất.

- Các dạng điện năng chính:

+ Thủy điện

+ Nhiệt điện

+ Điện năng mặt trời

+ Điện năng hạt nhân.

+ Điện gió

II. Sản xuất điện năng

Sản xuất điện năng là giai đoạn đầu tiên trong quá trình cung cấp điện năng đến người tiêu dùng, các giai đoạn tiếp theo là truyền tải và phân phối điện năng. Thực chất của sản xuất điện năng là sự biến đổi các dạng năng lượng khác sang năng lượng điện hay điện năng, dòng điện xuất hiện sau khi lưới điện được nối với mạng tiêu thụ.

Điện năng được sản xuất ra theo nhiều cách khác nhau, phần lớn được sản xuất bởi các máy phát điện tại các nhà máy điện, chúng có chung nguyên tắc hoạt động là các nguyên lý động điện (định luật cảm ứng điện của Michael Faraday), các hình thức khác như trong pin, ắc quy, tế bào nhiên liệu hay từ năng lượng mặt trời,...

Các hình thức sản xuất điện năng:

- Với tuabin:

Phần lớn điện năng được sản xuất bởi máy phát điện tại các nhà máy điện, máy phát điện được nối với tuabin, chuyển động quay của tuabin dẫn đến chuyển động quay của máy phát điện và tạo ra điện. Tuabin có thể được vận hành qua:

+ Hơi nước: năng lượng nhiệt qua quá trình đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch (như than, khí thiên nhiên hay dầu mỏ tại các nhà máy nhiệt điện) hay từ phản ứng hạt nhân (như trong các nhà máy điện nguyên tử) làm nước bốc hơi, dưới áp suất cao làm quay tuabin

+ nước: tại các nhà máy thủy điện, nước được tụ lại với thế năng lớn, năng lượng dòng chảy của nước lam quay tuabin - gió: gió có thể trực tiếp làm quay tuabin

+ khí nóng: tuabin có thể được vận hành trực tiếp từ các khí nóng trong quá trình đốt cháy khí thiên nhiên hay dầu.

- Với động cơ pít tông:

Các máy phát điện nhỏ hoạt động với động cơ pít tông (động cơ đốt trong), nhiên liệu dầu diesel, khí sinh học hay khí thiên nhiên.

- Bảng tế bào quang điện voltaic:

Các tế bào này chuyển đổi năng lượng mặt trời trực tiếp thành dòng điện, các vật liệu bán dẫn khi nhận năng lượng ánh sáng mặt trời giải phóng electron và tạo ra dòng điện

- Phản ứng hóa học:

Trong các pin, ắc quy hay tế bào nhiên liệu năng lượng hóa được lưu bên trong qua các phản ứng hóa học biền đổi thành điện năngCông suất điện xoay chiều là phần năng lượng được chuyển qua mạch điện xoay chiều trong một đơn vị thời gian.

III. Công của điện năng

1. Định nghĩa:

Công suất được định nghĩa như là phần năng lượng được chuyển qua một bề mặt trong một đơn vị thời gian. Đối với mạch điện một chiều, công suất, năng lượng mà mạch điện thực hiện chuyển đổi qua đường dây điện trong một đơn vị thời gian, được tính bằng công thức:

\({\displaystyle P=U\times I}\)

Với:

• P là công suất
• U là điện áp
• I là độ lớn dòng điện đi qua (cường độ dòng điện).

2. Công của dòng xoay chiều

- Trong mạch điện xoay chiều, các thành phần tích lũy năng lượng như cuộn cảm và tụ điện có thể tạo ra sự lệch pha của dòng điện so với hiệu điện thế.

- Có thể được biểu diễn về mặt toán học hiệu điện thế và dòng điện bằng số phức để thể hiện pha của các đại lượng này cho điện xoay chiều. Lúc này công suất cũng có thể biểu diễn qua số phức, kết quả của phép nhân hai số phức là hiệu điện thế và dòng điện.

- Giá trị tuyệt đối của công suất phức là công suất biểu kiến

- Phần thực của công suất phức được gọi là công suất thực. Nó là công suất tính trung bình theo toàn chu kỳ của dòng điện xoay chiều, tạo ra sự chuyển giao thực năng lượng theo một hướng.

-  Phần ảo của công suất phức được gọi là công suất phản kháng; do nó là công suất chuyển ngược về nguồn cung cấp năng lượng trong mỗi chu kỳ do sự tích lũy năng lượng trong các thành phần cảm kháng và dung kháng.

3. Dòng năng lượng

- Quan hệ toán học giữa các thành phần này là một tổng vectơ và thông thường được biểu diễn dưới dạng số phức: \(S = P + iQ\)

Ở đây i là đơn vị số ảo, căn bậc hai của -1.

-. Nguồn năng lượng khi đó sẽ chỉ chuyển tới, chuyển lui và được biết như là công suất phản kháng.

- Trên thực tế có hai hệ thống phổ biến được áp dụng để truyền tải điện năng trong đó áp dụng lý thuyết cho sẵn khi mà công suất thấp xuất hiện trên các dây truyền tải sẽ di chuyển từ nơi có điện áp cao đến nơi có điện áp thấp. Dòng điện lớn hơn trong các hệ thống thực tiễn có thể tạo ra nhiều thất thoát hơn và làm giảm hiệu quả truyền tải điện năng. Tương tự, đoạn mạch có hệ số công suất thấp hơn cũng sẽ có công suất biểu kiến cao hơn và nhiều thất thoát năng lượng hơn với cùng một công suất thực được truyền tải.

-  Nếu cảm kháng (dơn giản nhất là cuộn cảm) và dung kháng (đơn giản nhất là tụ điện) được mắc song song thì dòng điện sinh ra bởi cảm kháng và dung kháng là lệch pha nhau 180 độ và vì thế chúng một phần nào đó triệt tiêu lẫn nhau hơn là bổ sung cho nhau.

- Trong thực tế, phần lớn các phụ tải đều có cảm kháng hay dung kháng hoặc cả hai phần này vì thế cả công suất thực và công suất phản kháng đều phải được truyền tới phụ tải.

- Trong truyền tải điện năng và phân phối chúng, có cố gắng đáng kể để kiểm soát công suất phản kháng. Điều này thông thường được thực hiện bởi việc tự động đóng/mở các cuộn cảm hay các tụ điện.

- Các nhà phân phối điện có thể sử dụng các đồng hồ đo điện để đo công suất phản kháng, nhằm hỗ trợ khách hàng tìm biện pháp nâng hệ số công suất lên hay xử phạt các khách hàng để hệ số công suất quá thấp (chủ yếu là các khách hàng lớn).

Với những gì mà đã giúp các bạn khái quát nội dung về điện năng và các đặc điểm cần lưu ý trong bài học trên đây, hy vọng sẽ giúp các bạn đạt kết quả cao trong học tập!