Chuyên đề Điện gió – Điện mặt trời – Điện hạt nhân chi tiết Vật Lý 9

Tham khảo ngay bài viết giới thiệu về chuyên đề Điện gió – Điện mặt trời – Điện hạt nhân được HOCMAI sưu tầm và biên soạn trực tiếp. Bài viết gồm phần lý thuyết và phần hướng dẫn làm các bài tập trong SGK và một số bài tập trắc nghiệm liên quan đến chuyên đề này.

 

Bài viết tham khảo thêm:

• Định luật bảo toàn năng lượng
• Sản xuất điện năng – nhiệt điện và thủy điện

 

I – Lý thuyết chuyên đề Điện gió – Điện mặt trời – Điện hạt nhân

1. Máy phát điện gió

Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển ở trong bầu khí quyển của Trái Đất.

– Cánh quạt được gắn với trục quay của rôto trong máy phát điện. Stato là các cuộn dây điện.

– Gió thổi truyền cho cánh quạt một cơ năng ⇒ Cánh quạt quay kéo theo rôto ⇒ Rôto và stato biến đổi cơ năng trở thành điện năng.

2. Pin Mặt Trời

– Pin Mặt Trời là thiết bị giúp chuyển hóa trực tiếp năng lượng ánh sáng Mặt Trời trở thành năng lượng điện (điện năng) dựa vào hiệu ứng quang điện.

– Pin Mặt Trời là những tấm phẳng được làm bằng chất silic.

– Nguyên lý hoạt động:

+ Ánh sáng Mặt Trời gồm các hạt rất nhỏ được gọi là photon được tỏa ra từ Mặt Trời. Khi va chạm cùng với các nguyên tử silic của tấm pin Mặt Trời, những hạt photon này truyền năng lượng của chúng đến các electron rời rạc, kích thích khiến cho electron bị bật ra khỏi nguyên tử.

+ Pin Mặt Trời dồn các electron rải rác này vào trong một dòng điện, tạo ra sự mất cân bằng điện bên trong pin Mặt Trời, có tác dụng làm các electron chảy theo cùng một hướng.

+ Chất bán dẫn loại n sẽ tích điện dương còn chất bán dẫn loại p sẽ được tích điện âm.

⇒ Tạo ra nguồn điện.

– Những pin Mặt Trời nhỏ được đặt bên trong các đồng hồ đeo tay hoặc máy tính bỏ túi, laptop,… Những pin Mặt Trời lớn thường sẽ có kèm theo một acquy. Ban ngày pin Mặt Trời sẽ nạp điện cho acquy để sử dụng vào ban đêm.

3. Nhà máy điện hạt nhân

Nhà máy điện hạt nhân (Còn được gọi là nhà máy điện nguyên tử) là một hệ thống thiết bị điều khiển và kiểm soát phản ứng hạt nhân dây chuyền ở trạng thái dừng với mục đích sản sinh ra năng lượng ở dưới dạng nhiệt năng, sau đó năng lượng nhiệt này sẽ được các chất tải nhiệt trong lò ( khí, nước, kim loại lỏng,…) truyền tới các thiết bị sinh điện năng như tuabin để sản xuất ra điện năng.

– Hình ảnh về một số nhà máy điện hạt nhân:

Sơ đồ của một nhà máy điện hạt nhân:

– Cấu tạo:

• Lò phản ứng gồm có nhiên liệu như: uranium, plutonium,…
• Nồi hơi: Tạo ra hơi nước.
• Tuabin
• Các máy bơm: Máy bơm tiếp tế, máy bơm tuần hoàn,…
• Máy phát điện gồm có stato và rôto.
• Biến áp
• Tháp làm lạnh
• Lớp vỏ bọc: Tường bảo vệ

– Nguyên lý hoạt động:

Thông thường trong nhà máy điện hạt nhân sẽ sử dụng 2 tới 3 vòng truyền nhiệt để truyền nhiệt năng từ tâm lò phản ứng tới bộ phận tạo hơi để đảm bảo an toàn, 

+ Vòng truyền nhiệt sơ cấp: Chất dẫn nhiệt được bơm vào trong vùng phản ứng, nhận năng lượng sinh ra từ phản ứng dây chuyền. Chất tải nhiệt trong vòng sơ cấp được giữ ở trạng thái lỏng dưới một áp suất cao, mang nhiệt từ lò hạt nhân đến thiết bị sinh hơi, tại đây sẽ diễn ra trao đổi nhiệt với vòng thứ cấp.

+ Vòng truyền nhiệt thứ cấp: Chất dẫn nhiệt được bơm vào trong vùng trao đổi nhiệt với vòng truyền nhiệt thứ nhất, nhận nhiệt năng đem tới bộ phận tạo hơi nước làm quay tuabin.

– Nhà máy điện hạt nhân có thể cho được công suất rất lớn và lại tốn ít nhiên liệu, nhưng nhà máy cần phải có thiết bị bảo vệ rất cẩn thận để ngăn ngừa các tia phóng xạ rò rỉ gây nguy hiểm chết người.

4. Sơ đồ tư duy về Điện gió – Điện mặt trời – Điện hạt nhân

 

II – Giải bài tập chuyên đề Điện gió – Điện mặt trời – Điện hạt nhân SGK Vật lí 9

Câu C1 | Trang 162 SGK Vật Lý 9 

Hãy chỉ ra rằng năng lượng của gió đã được biến đổi lần lượt qua những bộ phận của máy như thế nào để cuối trở cùng thành điện năng.

Hướng dẫn trả lời

– Động năng của gió thổi làm cho cánh quạt quay → Trở thành động năng quay của rôto → Biến đổi trở thành điện năng.

Câu C2 | Trang 163 SGK Vật Lý 9 

Ánh sáng mặt trời mang tới cho mỗi mét vuông mặt đất một công suất P = 1,4kW. Hiệu suất của pin mặt trời là H = 10%, hãy tính xem cần phải làm ra các tấm pin mặt trời có diện tích tổng cộng là bao nhiêu để  có thể cung cấp điện cho một trường học sử dụng 10 quạt điện 75W và 20 bóng đèn 100W. 

Tóm tắt:

• P0 = 1,4kW = 1400W; 
• Hiệu suất H = 10%; 
• N1 = 20 bóng; 
• PĐ = 100W;
• N2 = 10 quạt; 
• PQ = 75W;
• Diện tích pin mặt trời S =?

Hướng dẫn trả lời

– Công suất sử dụng tổng cộng:

Pi = N1.PĐ + N2.PQ = 20.100 + 10.75 = 2750W

Vì hiệu suất của pin mặt trời: H = 100%.Pi/Ptp ⇒ Công suất của ánh sáng mặt trời cần cung cấp cho pin Mặt Trời là: 

Ptp = Pi /H = 2750 / 10% = 27500W

Mặt khác: Ptp = P0.S ⇒ Diện tích tấm pin Mặt Trời là:

S = Ptp/P0 = 27500/1400 = 19,64m²

Câu C3 | Trang 163 SGK Vật Lý 9 

Người ta đã sử dụng những thiết bị nào để chuyển hóa điện năng trở thành nhiệt năng, quang năng, cơ năng sử dụng trong đời sống và sản xuất?

Hướng dẫn trả lời

• Nồi cơm điện, máy sấy, ấm đun nước, máy sưởi điện: Điện năng chuyển hóa → Nhiệt năng.
• Động cơ điện, quạt điện, : Điện năng chuyển hóa → Cơ năng.
• Đèn LED, đèn thắp sáng, đèn bút thử điện: Điện năng chuyển hóa → Quang năng.

Câu C4 | Trang 164 SGK Vật Lý 9 

Xem bảng 1 SGK và cho biết việc sử dụng máy phát điện và động cơ điện để thực hiện việc chuyển hóa năng lượng sẽ có lợi gì so với các máy khác?

Hướng dẫn trả lời

Sử dụng máy phát điện và động cơ điện để thực hiện việc chuyển hóa năng lượng sẽ với các máy khác: Hiệu suất lớn hơn ( nên hao phí nhỏ hơn nhiều) → Tiết kiệm được nhiều hơn.

 

III – Bài tập trắc nghiệm chuyên đề Điện gió – Điện mặt trời – Điện hạt nhân

Câu 1: Dạng năng lượng nào trong máy phát điện gió đã được chuyển hóa trở thành điện năng?

A) Cơ năng 

B) Nhiệt năng 

C) Hóa năng 

D) Quang năng

Trả lời

Cơ năng đã được chuyển → Điện năng

→ Đáp án A

Câu 2: Điểm nào dưới đây không phải là ưu điểm của điện gió?

A) Không gây ra ô nhiễm môi trường.

B) Không tốn nhiên liệu.

C) Thiết bị gọn nhẹ.

D) Có công suất rất lớn.

Trả lời

→ Đáp án C

Câu 3: Quá trình chuyển hóa năng lượng bên trong nhà máy điện hạt nhân là:

A) năng lượng hạt nhân → cơ năng → điện năng.

B) năng lượng hạt nhân → cơ năng → nhiệt năng → điện năng.

C) năng lượng hạt nhân → thế năng → điện năng.

D) năng lượng hạt nhân → nhiệt năng → cơ năng → điện năng.

Trả lời

Quá trình chuyển hóa năng lượng bên trong nhà máy điện hạt nhân là năng lượng hạt nhân → nhiệt năng → cơ năng → điện năng.

→ Đáp án D

Câu 4: Quá trình chuyển hóa năng lượng bên trong nhà máy điện gió là:

A) năng lượng gió → cơ năng → điện năng.

B) năng lượng gió → nhiệt năng → cơ năng → điện năng.

C) năng lượng gió → hóa năng → cơ năng → điện năng.

D) năng lượng gió → quang năng → điện năng.

Trả lời

Quá trình chuyển hóa năng lượng bên trong nhà máy điện gió là năng lượng gió → cơ năng → điện năng.

→ Đáp án A

Câu 5: Nguồn phát điện gây ra ô nhiễm môi trường nhiều nhất là:

A) nhà máy phát điện gió

B) pin mặt trời

C) nhà máy thủy điện

D) nhà máy nhiệt điện

Trả lời

Nhà máy nhiệt điện chính là nguồn phát điện gây ra ô nhiễm môi trường nhiều nhất.

→ Đáp án D

Câu 6: Nhà máy phát điện nào có công suất phát điện không ổn định nhất trong các nhà máy phát điện?

A) Nhà máy nhiệt điện đốt than

B) Nhà máy điện gió

C) Nhà máy điện nguyên tử

D) Nhà máy thủy điện

Trả lời

→ Đáp án D

Câu 7: Sự chuyển hóa trong pin mặt trời:

A) Quang năng → điện năng.

B) Nhiệt năng → điện năng.

C) Quang năng → nhiệt năng.

D) Nhiệt năng → cơ năng.

Trả lời

→ Đáp án A

Câu 8: Dòng điện do pin Mặt Trời cung cấp có điểm gì khác với dòng điện do máy phát điện gió cung cấp?

A) Công suất pin Mặt Trời lớn hơn máy phát điện gió.

B) Dòng điện do pin Mặt Trời cung cấp chính là dòng một chiều, còn do máy phát điện gió cung cấp chính là dòng xoay chiều.

C) Dòng điện do pin Mặt Trời liên tục, còn máy phát điện gió thì cho dòng điện đứt quãng.

D) Dòng điện do pin Mặt Trời cung cấp chính là dòng xoay chiều, còn do máy phát điện gió cung cấp chính là dòng một chiều biến đổi.

Trả lời

→ Đáp án B

Câu 9: Ánh sáng mặt trời mang tới cho mỗi mét vuông mặt đất một công suất P = 1,4kW. Hiệu suất của pin mặt trời là H = 10%, hãy tính xem cần phải làm ra các tấm pin mặt trời có diện tích tổng cộng là bao nhiêu để  có thể cung cấp điện cho một trường học sử dụng 10 quạt điện 75W và 20 bóng đèn 100W. 

A) 0,196m²

B) 19,6m²

C) 29,6m²

D) 9,6m²

Trả lời

Tham khảo cách giải ở câu C2 phần II.

→ Đáp án B

Câu 10: Những ngày trời nắng và không có mây, bề mặt có diện tích S = 1m² của tấm pin Mặt Trời để ngoài nắng nhận được một năng lượng Mặt Trời là 1400J trong 1s. Hỏi cần phải phủ lên mái nhà một tấm pin Mặt Trời có diện tích tối thiểu (Stt) là bao nhiêu để có thể đủ điện thắp sáng hai bóng đèn có công suất Pđ = 100W, một tivi có công suất Pt = 175W. Biết rằng hiệu suất của pin Mặt Trời là H = 10%.

Trả lời

– Công suất tiêu thụ: 

Ptt = 2.100 + 175 = 375 W.

– Công suất ánh sáng mặt trời cần thiết để cung cấp cho pin mặt trời: 

Pmt = 375.10 = 3750 W

– Diện tích của tấm pin mặt trời cần thiết:

S = Pmt/1400 = 2,68m²

 

HOCMAI đã gửi tới cho các em bài viết về chuyên đề Điện gió – Điện mặt trời – Điện hạt nhân qua phần lý thuyết và hướng dẫn để làm các bài tập về chuyên đề này. Mong rằng các em học sinh sau khi tham khảo sẽ nắm chắc được kiến thức và học tốt Vật Lý 9.