Vật lý 9: Máy biến thế

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.