Máy biến thế là gì? Công thức máy biến thế như thế nào? Đây là một kiến thức quan trọng môn Vật Lý. Do vậy, bài viết hôm nay chúng tôi sẽ tổng hợp tất cả kiến thức về máy biến thế, kèm một số bài tập có hướng dẫn giải chi tiết để các bạn hiểu và nhớ công thức dễ nhất.
Xem thêm:
Khái niệm về máy biến thế
Máy biến thế hay còn có tên gọi khác là máy biến áp là thiết bị điện được sử dụng rộng rãi, bao gồm 1 hoặc 2 hay nhiều cuộn dây có đầu vào và đầu ra cùng 1 từ trường. Một máy biến thế thông thường được cấu tạo gồm 2 hay nhiều cuộn dây quấn vào 1 lõi sắt làm từ ferit.
Khi đặt hiệu điện thế xoay chiều vào hai đầu cuộn sơ cấp của máy biến thế thì hai đầu cuộn thứ cấp sẽ xuất hiện hiệu điện thế xoay chiều.
Tác dụng của máy biến thế
Máy biến thế thường được sử dụng để thay đổi hiệu diện thế xoay chiều, tăng hoặc hạ thế. Nó đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc truyền tải điện năng.
Ngoài ra, máy biến thế ba dây quấn, ngoài hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp thì còn có dây quấn thứ ba với điện áp trung bình.
Chú ý: Máy biến thế chỉ có thể hoạt động được tốt với dòng điện xoay chiều và không thể hoạt động được với dòng điện một chiều.
Công thức máy biến thế
Công thức máy biến thế bằng tỉ số hiệu điện thế ở hai đầu các cuộn dây của máy biến thế bằng tỉ số giữa số vòng của các cuộn dây đó.
U1/U2 = n1/n2
Nếu k > 1 [tức là U1 > U2 hay n1 > n2] đây là máy hạ thế
Nếu k < 1 [tức là U12 hay n12] là máy tăng thế
Bài tập bề máy biến thế có lời giải chi tiết
Bài tập 1: Một máy hạ thế được sử dụng để nạp vào ắc quy. Hiệu điện thế giữa hai đầu dây cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp của một máy biến thế lần lượt là 220V, 12V. Nếu số vòng cuộn sơ cấp là 660 vòng, thì số vòng dây cuộn thứ cấp là bao nhiêu?
Lời giải
Áp dụng công thức máy biến thế ta có:
Usc/Utc = nsc/ntc
Ntc = nsc[Utc/Usc]
Số vòng dây cuộn thứ cấp là:
Ntc = 660[12/220] = 36 [vòng]
Đáp số: 36 vòng
Bài tập 2: Một cuộn sơ cấp của máy biến thế có 5500 vòng, cuộn thứ cấp có 325 vòng. Khi đặt nó vào hai đầu cuộn sơ cấp một hiệu điện thế xoay chiều 22V thì ở hai đầu dây cuộn thứ cấp có hiệu điện thế bằng bao nhiêu?
Lời giải
Áp dụng công thức ta có:
U1/U2 = n1/n2
Hiệu điện thế của cuộn dây thứ cấp là:
U2 = [U1.n2]/n1 = [325.220]/5500 = 13 [V]
Bài tập 3: Một máy biến thế có số vòng dây cuộn sơ cấp và vòng dây cuộn thứ cấp lần lượt là 500 vòng và 1000 vòng.Hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn dây sơ cấp là 220V. Hỏi hiệu điên thế ở hai đầu cuộn thứ cấp là bao nhiêu?
Lời giải
Áp dụng công thức ta có:
Usc/Utc = nsc/ntc
Ntc = nsc[Utc/Usc]
Hiệu điện thế ở hai đầu cuộn dây thứ cấp là:
Utc = [Usc.ntc]/nsc = [220.1000]/500 = 440 [V]
Hy vọng với những kiến thức ở trên sẽ giúp các bạn nắm vững kiến thức, công thức về máy biến thế và có thể dễ dàng giải tất cả các bài tập từ cơ bản đến nâng cao về máy biến thế. Nếu như trong thời gian giải bài tập về máy biến thế có gặp khó khăn thì hãy để lại bình luận bên dưới, chúng tôi sẽ giúp giải đáp những thắc mắc đó sớm nhất.
A. Tóm tắt lý thuyết
1. Cấu tạo và hoạt động của máy biến thế:
1.1. Cấu tạo:
Các bộ phận chính của một máy biến thế, gồm có:
- Hai cuộn dây dẫn có số vòng khác nhau, đặt cách điện với nhau.
- Một lõi sắt [hay thép] có pha Silic gồm nhiều lá mỏng ghép cách điện với nhau.
1.2. Hoạt động:
Khi đặt hiệu điện thế xoay chiều vào hai đầu cuộn sơ cấp của máy biến thế thì ở hai đầu cuộn thứ cấp xuất hiện hiệu điện thế xoay chiều.
2. Tác dụng làm biến đổi hiệu điện thế của máy biến thế
Hiệu điện thế ở hai đầu mỗi cuộn dây của máy biến thế tỉ lệ với số vòng dây của mỗi cuộn
Gọi N1 là số vòng dây và hiệu điện thế đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp.
N2 Là số vòng dây và hiệu điện thế ở hai đầu cuộn thứ cấp.
\[k=\frac{{{U}_{1}}}{{{U}_{2}}}=\frac{{{N}_{1}}}{{{N}_{2}}}\]
Ta có \[\frac{{{N}_{1}}}{{{N}_{2}}}\] [gọi là hệ số máy biến thế]
- Nếu k > 1 [tức U1>U2 hay N1>N2] là máy hạ thế.
- Nếu k < 1 [tức U12 hay N12 ] là máy tăng thế.
3. Vai trò của máy biến thế trong truyền tải điện năng đi xa
- Máy biến thế là thiết bị dùng để tăng hoặc giảm hiệu điện thế của dòng điện xoay chiều.
- Để giảm hao phí trên đường dây tải điện, cần có hiệu điện thế rất lớn [hàng trăm ngàn vôn] ta dùng máy tăng thế. Đến nơi sử dụng điện lại chỉ cần hiệu đện thế thích hợp [220V] ta dùng máy hạ thế. Chính vì vậy máy biến thế có vai trò rất quan trọng trong việc truyền tải điện năng đi xa.
Lưu ý: Máy biến thế chỉ có thể hoạt động được với dòng điện xoay chiều và không hoạt động được với dòng điện một chiều.
Bài tập minh họa
Bài 1 Cuộn sơ cấp của máy biến thế có 4 400 vòng, cuộn thứ cấp có 240 vòng. Khi đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp một hiệu điện thế xoay chiều 220V thì ở hai đầu dây cuộn thứ cấp có hiệu điện thế là bao nhiêu ?
Hướng dẫn giải:
Áp dụng công thức \[\frac{{{U}_{1}}}{{{U}_{2}}}=\frac{{{N}_{1}}}{{{N}_{2}}}\] suy ra hiệu điện thế của cuộn thứ cấp là \[{{U}_{2}}=\frac{{{U}_{1}}{{N}_{2}}}{{{N}_{1}}}=\frac{240.220}{4400}\]= 12V
Bài 2 Một máy biến thế có hiệu điện thế cuộn sơ cấp là 220V, số vòng cuộn sơ cấp là 500vòng, hiệu điện thế cuộn thứ cấp là 110V. Hỏi số vòng của cuộn thứ cấp là bao nhiêu vòng?
Hướng dẫn giải:
Ta có: N1=500 vòng U1=220 V
N2= ? vòng U2=110 V
Công thức \[\frac{{{U}_{1}}}{{{U}_{2}}}=\frac{{{N}_{1}}}{{{N}_{2}}}\] suy ra số vòng của cuộn thứ cấp là \[{{N}_{2}}={{N}_{1}}.\frac{{{U}_{2}}}{{{U}_{1}}}\]= 250 vòng
B. Bài tập trong sách giáo khoa
Bài C1 [trang 100 SGK Vật Lý 9]: Nếu đặt vào hai đầu của một cuộn dây [gọi là cuộn sơ cấp] một hiệu điện thế xoay chiều thì bóng đèn mắc ở hai đầu cuộn dây kia [gọi là cuộn thứ cấp] có sáng lên không? Tại sao?
Hướng dẫn giải:
Có. Dòng điện xoay chiều sẽ xuất hiện khi đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp một hiệu điện thế xoay chiều. Lõi sắt bị nhiễm từ trở thành một nam châm có từ trường biến thiên; số đường sức từ của từ trường xuyên qua tiết diện S của cuộn thứ câp biến thiên, do đó trong cuộn thứ cấp xuất hiện dòng điện cảm ứng làm cho đèn sáng.
Bài C2 [trang 100 SGK Vật Lý 9]: Hiệu điện thế xuất hiện ở hai đầu cuộn dây thứ cấp cũng là hiệu điện thế xoay chiều. Tại sao?
Hướng dẫn giải:
Đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp một hiệu điện thế xoay chiều thì trong cuộn dây đó có dòng điện xoay chiều chạy qua. Từ trường trong lõi sắt luân phiên tăng giảm. Kết quả là trong cuộn thứ cấp xuất hiện một dòng điện xoay chiều. Một dòng điện xoay chiều phải do một hiệu điện thế xoay chiều gây ra.
Bài C3 [trang 101 SGK Vật Lý 9]: Căn cứ vào số liệu trong bảng 1 SGK, hãy rút ra nhận xét về mối quan hệ giữa hiệu điện thế U đặt vào hai đầu của các cuộn dây của máy biến thế và số vòng dây của các cuộn tương ứng.
Hướng dẫn giải:
Hiệu điện thế ở hai đầu mỗi cuộn dây của máy biến thế tỉ lệ với số vòng dây của các cuộn dây tương ứng.
Bài C4 [trang 102 SGK Vật Lý 9]: Một máy biến thế dùng trong nhà cần phải hạ hiệu điện thế từ 220V xuống còn 6V và 3V. Cuộn sơ cấp có 4000 vòng. Tính số vòng của các cuộn thứ cấp tương ứng.
Hướng dẫn giải:
C. Bài tập trắc nghiệm
Câu 1: Máy biến thế dùng để?
A. Giữ cho hiệu điện thế ổn định, không đổi.
B. Giữ cho cường độ dòng điện ổn định, không đổi.
C. Làm tăng hoặc giảm cường độ dòng điện.
D. Làm tăng hoặc giảm hiệu điện thế.
Câu 2: Cuộn sơ cấp của máy biến thế có 4 400 vòng, cuộn thứ cấp có 240 vòng. Khi đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp một hiệu điện thế xoay chiều 220V thì ở hai đầu dây cuộn thứ cấp có hiệu điện thế là bao nhiêu ?
A. 12
B. 16
C. 18
D. 24
Câu 3: Một máy biến thế có hiệu điện thế cuộn sơ cấp là 220V, số vòng cuộn sơ cấp là 500vòng, hiệu điện thế cuộn thứ cấp là 110V. Hỏi số vòng của cuộn thứ cấp là bao nhiêu vòng?
A. 220 vòng
B. 230 vòng
C. 240 vòng
D. 250 vòng
Câu 4: Máy biến thế có tác dụng gì?
A. Giữ cho hiệu điện thế ổn định.
B. Giữ cho cường độ dòng điện ổn định.
C. Làm tăng hoặc giảm hiệu điện thế.
D. Làm thay đổi vị trí của máy.