Sử dụng đoạn thông tin sau để trả lời các câu hỏi từ 1 đến 5: Năng lượng

Sử dụng đoạn thông tin sau để trả lời các câu hỏi từ 1 đến 5:

Năng lượng gió là một nguồn năng lượng tái tạo tiềm năng, trong đó động năng của luồng không khí di chuyển được chuyển hóa thành cơ năng (làm quay cánh quạt) và sau đó thành điện năng thông qua máy phát điện.

Động năng của một khối lượng không khí $m$ chuyển động với tốc độ $v$ được xác định bởi công thức $W_{d} = \dfrac{1}{2}mv^{2}$. Trong thời gian $t$, xét một luồng không khí hình trụ đi qua diện tích quét $S$ của cánh quạt tuabin. Khối lượng không khí này được tính bằng $m = \rho.S.v.t$, với $\rho$ là khối lượng riêng của không khí. Từ đó, công suất mang theo của luồng gió (năng lượng gió truyền qua diện tích $S$ trong một đơn vị thời gian) được gọi là công suất gió ($P_{gió}$).

Một dự án điện gió dự định lắp đặt các tuabin có chiều dài cánh quạt (bán kính quét) $R = 25m$. Biết khối lượng riêng của không khí tại khu vực này là $\rho = 1,2kg/m^{3}$ và lấy $\pi \approx 3,14$.

Trả lời cho các câu 1, 2, 3, 4, 5 dưới đây:

Câu hỏi số 1:

Vận dụng

Mỗi phát biểu sau đây là Đúng hay Sai?

	Đúng	Sai
a) Quá trình gió thổi làm quay cánh quạt tuabin chủ yếu là sự chuyển hóa từ thế năng của gió thành cơ năng.
b) Dựa vào các biểu thức đã cho, công suất của luồng gió đi qua diện tích quét của cánh quạt tỉ lệ thuận với lập phương (bậc 3) của tốc độ gió.
c) Lực cản của không khí và ma sát tại trục quay sinh công âm (công cản) trong quá trình tuabin hoạt động.

Đáp án đúng là: S; Đ; Đ

Xem lời giải

Câu hỏi:947273

Phương pháp giải

Vận dụng lý thuyết về sự chuyển hóa năng lượng, định luật bảo toàn năng lượng và công của các lực cản.

Thiết lập biểu thức công suất gió từ các công thức cơ bản đề bài cung cấp để đánh giá sự phụ thuộc vào vận tốc.

Giải chi tiết

Ý a: Sai. Gió là không khí đang chuyển động, mang động năng chứ không phải thế năng. Quá trình này là chuyển động năng của gió thành cơ năng quay của tuabin.

Ý b: Đúng. Ta có $m = \rho Svt$, suy ra $W_{d} = \dfrac{1}{2}(\rho Svt)v^{2} = \dfrac{1}{2}\rho Sv^{3}t$. Công suất gió $P_{gió} = \dfrac{W_{d}}{t} = \dfrac{1}{2}\rho Sv^{3}$. Do đó $P_{gió}$ tỉ lệ thuận với $v^{3}$.

Ý c: Đúng. Lực ma sát và lực cản luôn ngược chiều chuyển động nên sinh công âm (cản trở chuyển động của hệ).

Đáp án cần chọn là: S; Đ; Đ

Câu hỏi số 2:

Vận dụng

Khi tốc độ gió đạt $v = 8m/s$, công suất gió đi qua diện tích quét của cánh quạt tuabin trên có giá trị xấp xỉ bằng bao nhiêu?

A. $151kW$.

B. $603kW$.

C. $75kW$.

D. $1206kW$

Đáp án đúng là: B

Xem lời giải

Câu hỏi:946801

Phương pháp giải

Tính diện tích quét của cánh quạt $S = \pi R^{2}$.

Áp dụng công thức tính khối lượng không khí và công suất gió: $P_{gió} = \dfrac{1}{2}mv^{2}/t = \dfrac{1}{2}\rho Sv^{3}$.

Giải chi tiết

Diện tích quét của cánh quạt: $S = \pi R^{2} = 3,14.25^{2} = 1962,5\ m^{2}$.

Lượng không khí đi qua diện tích S trong 1 giây ($t = 1\text{~s}$) là:

$m = \rho.S.v = 1,2.1962,5.8 = 18840kg$.

Công suất gió (chính là năng lượng truyền qua trong 1 giây):

$P_{gió} = \dfrac{1}{2}mv^{2} = \dfrac{1}{2}.18840.8^{2} = 602880W \approx 603kW$.

Đáp án cần chọn là: B

Câu hỏi số 3:

Vận dụng

Theo định luật Betz và các hao phí thực tế, không có tuabin nào có thể chuyển hóa 100% năng lượng gió thành điện năng. Giả sử hệ thống tuabin trên có hiệu suất chuyển hóa tổng cộng từ năng lượng gió thành điện năng là $H = 35\%$. Hãy tính sản lượng điện (tính theo đơn vị $\text{kWh}$) mà một tuabin này tạo ra được nếu nó hoạt động liên tục trong 1 ngày (24 giờ) ở tốc độ gió ổn định $8\text{m/s}$. (Làm tròn kết quả đến chữ số hàng đơn vị)

Đáp án:

Đáp án đúng là: 5064

Xem lời giải

Câu hỏi:946802

Phương pháp giải

Công thức tính công suất điện thực tế thu được dựa vào hiệu suất: $P_{dien} = H.P_{gió}$.

Công thức tính sản lượng điện năng sinh ra: $A = P_{dien}.t$.

Giải chi tiết

Công suất phát điện của tuabin là:

$P_{dien} = H \cdot P_{gió} = 0,35.602,88kW = 211,008kW$.

Sản lượng điện tạo ra trong 1 ngày là:

$A = P_{dien}.t = 211,008.24 = 5064kWh$.

Đáp án cần điền là: 5064

Câu hỏi số 4:

Thông hiểu

Hãy ghép tên các biểu thức/thiết bị ở cột Dữ liệu với vai trò/ý nghĩa tương ứng ở cột Cột đáp án trong quá trình khai thác năng lượng gió.

1. Biểu thức $\frac{1}{2}mv^{2}$

2. Biểu thức $\rho S v t$

3. Cánh quạt tuabin

4. Biểu thức $\frac{1}{2}\rho S v^{3}$

Đáp án đúng là: 1-a; 2-b; 3-c; 4-d

Xem lời giải

Câu hỏi:946797

Phương pháp giải

Nắm vững định nghĩa các đại lượng vật lí, các biểu thức liên quan đến động năng, lưu lượng và cấu tạo cơ bản của tuabin điện gió.

Giải chi tiết

Biểu thức 1 ($\frac{1}{2}mv^{2}$): Đây là công thức cơ bản dùng để tính động năng của một vật (khối không khí) $\rightarrow$ Ghép với c.

Biểu thức 2 ($\rho S v t$): Đây là công thức tính lượng (khối lượng) không khí lưu thông qua tiết diện $S$ trong thời gian $t$ $\rightarrow$ Ghép với a.

Thiết bị 3 (Cánh quạt tuabin): Đóng vai trò là vật cản đón gió, lấy động năng từ gió để biến thành cơ năng quay $\rightarrow$ Ghép với b.

Biểu thức 4 ($\frac{1}{2}\rho S v^{3}$): Tính bằng động năng chia cho thời gian, chính là công suất gió $\rightarrow$ Ghép với d.

Đáp án cần chọn là: 1-a; 2-b; 3-c; 4-d

Câu hỏi số 5:

Vận dụng

Một kĩ sư năng lượng đề xuất hai phương án để nâng cấp hệ thống điện gió nhằm tăng tối đa công suất phát điện:

Phương án 1: Chế tạo tuabin mới có chiều dài cánh quạt tăng thêm 50% so với ban đầu, đặt tại vị trí cũ (tốc độ gió $v$ không đổi).

Phương án 2: Giữ nguyên thiết kế tuabin cũ, nhưng di chuyển ra vị trí ngoài khơi xa, nơi có tốc độ gió trung bình tăng thêm 50% so với vị trí cũ.

Gọi $P_{1}$ và $P_{2}$ lần lượt là công suất gió đi qua diện tích quét của tuabin theo Phương án 1 và Phương án 2. Bỏ qua sự thay đổi của khối lượng riêng không khí, tỉ số $\dfrac{P_{2}}{P_{1}}$ có giá trị bằng:

A. 1,0.

B. 1,5.

C. 2,25.

D. 3,375.

Đáp án đúng là: B

Xem lời giải

Câu hỏi:946803

Phương pháp giải

Thiết lập lại biểu thức công suất phụ thuộc vào các biến: $P = \dfrac{1}{2}\rho\pi R^{2}v^{3}$.

Lập tỉ số công suất cho hai phương án để so sánh.

Giải chi tiết

Từ biểu thức $P = \dfrac{1}{2}\rho\pi R^{2}v^{3}$, ta nhận thấy công suất gió tỉ lệ thuận với bình phương bán kính cánh quạt ($R^{2}$) và lập phương tốc độ gió ($v^{3}$).

Ở Phương án 1: Tăng kích thước cánh lên 50% tức là $R_{1} = 1,5R$. Vận tốc giữ nguyên $v_{1} = v$.

Suy ra $P_{1} \sim {(1,5R)}^{2} \cdot v^{3} = 2,25 \cdot R^{2}v^{3}$.

Ở Phương án 2: Bán kính giữ nguyên $R_{2} = R$. Tốc độ gió tăng 50% tức là $v_{2} = 1,5v$.

Suy ra $P_{2} \sim R^{2} \cdot {(1,5v)}^{3} = 3,375 \cdot R^{2}v^{3}$.

Lập tỉ số giữa hai công suất:

$\dfrac{P_{2}}{P_{1}} = \dfrac{3,375}{2,25} = 1,5$.

Đáp án cần chọn là: B

Quảng cáo

Tham Gia Group Dành Cho 2K9 Chia Sẻ, Trao Đổi Tài Liệu Miễn Phí

Câu hỏi trước Câu tiếp theo

>> Học trực tuyến Lớp 10 cùng thầy cô giáo giỏi tại Tuyensinh247.com, (Xem ngay) Cam kết giúp học sinh học tốt, bứt phá điểm 9,10 chỉ sau 3 tháng, làm quen kiến thức, định hướng luyện thi TN THPT, ĐGNL, ĐGTD ngay từ lớp 10