Công thức máy biến thế

Công thức máy biến thế là tài liêu vô cùng hữu ích dành cho các bạn học sinh tham khảo. Công thức tính máy biến thế bao gồm cấu tạo, nguyên tắc hoạt động, công thức tính, ví dụ minh họa kèm theo các dạng bài tập có đáp án và tự luyện kèm theo.

Việc nắm bắt được công thức máy biến thế giúp các bạn có thể hiểu hơn về công thức máy biến áp và cách ứng dụng để truyền tải điện năng đi xa hơn. Đồng thời áp dụng vào giải các bài tập Vật lí. Ngoài ra các bạn xem thêm công thức tính gia tốc, công thức tính công suất.

1. Cấu tạo của máy biến thế
2. Nguyên tắc hoạt động của máy biến thế
3. Công thức máy biến thế
4. Bài tập máy biến thế
5. Một số bài tập tự luyện

1. Cấu tạo của máy biến thế

Máy biến thế bao gồm 2 cuộn dây đồng được quấn trên cùng một lõi sắt từ, mỗi cuộn được quấn bởi nhiều vòng dây, mỗi dây đều có chứa lớp chất cách điện bọc ngoài, lõi sắt từ bao gồm nhiều lá mỏng ghép sát với nhau để giảm thiểu tối đa tác dụng của dòng điện Fu-cô

2. Nguyên tắc hoạt động của máy biến thế

Cách 1

Khi đặt một hiệu điện thế xoay chiều vào hai đầu cuộn sơ cấp của máy biến thế thì ở hai đầu cuộn thứ cấp xuất hiện một hiệu điện thế xoay chiều. Hiệu điện thế ở hai đầu mỗi cuộn dây của máy biến thế tỉ lệ với số vòng dây của mỗi cuộn

Cách 2

Khi có dòng điện xoay chiều tần số f chạy trong cuộn sơ cấp thì lõi của máy biến áp có một từ thông biến thiên với tần số f, từ thông biến thiên này xuyên qua cuộn thứ cấp khiến cho trong cuộn thứ cấp có một suất điện động dao động điều hòa có tần số f, như vậy, ở hai đầu của cuộn thứ cấp luôn luôn có một điện áp dao động điều hòa tần số f.

3. Công thức máy biến thế

Công thức máy biến thế như sau:

$\frac{U_2}{U_1}=\ \frac{N_2}{N_1}$

Trong đó:

U₁, N₁ lần lượt là hiệu điện thế và số vòng dây ở cuộn sơ cấp
U₂, N₂ lần lượt là hiệu điện thế và số vòng dây ở cuộn thứ cấp

Gọi $k\ =\ \frac{N_2}{N_1}$ là hệ số máy biến thế. Nếu k > 1 thì máy biến thế gọi là máy tăng thế (hay tăng áp), còn k < 1 thì máy biến thế gọi là máy hạ thế (hay hạ áp).

Khi đó:

Máy biến thế gọi là máy tăng thế (hay tăng áp) khi U₂ > U 1 .
Máy biến thế gọi là máy hạ thế (hay hạ áp) khi U₂ < U₁ .

2. Mở rộng

Từ công thức ban đầu, ta có thể biến đổi để tìm các đại lượng liên quan phù hợp với yêu cầu của đề bài.

- Tìm hiệu điện thế ở cuộn sơ cấp (thứ cấp):

$\frac{U_{2}}{U_{1}}=\frac{N_{2}}{N_{1}}=k \Rightarrow\left\{\begin{array}{l} U_{1}=\frac{N_{1}}{N_{2}} \cdot U_{2} \\ U_{2}=\frac{N_{2}}{N_{1}} \cdot U_{1} \end{array}\right.$

- Tìm số vòng dây ở cuộn sơ cấp (thứ cấp):

$\frac{U_{2}}{U_{1}}=\frac{N_{2}}{N_{1}}=k \Rightarrow\left\{\begin{array}{l} N_{1}=\frac{U_{1}}{U_{2}} \cdot N_{2} \\ N_{2}=\frac{U_{2}}{U_{1}} \cdot N_{1} \end{array}\right.$

4. Bài tập máy biến thế

Câu 1: Các bộ phận chính của máy biến thế gồm:

A. Hai cuộn dây dẫn có số vòng dây khác nhau và nam châm điện.

B. Hai cuộn dây dẫn có số vòng dây khác nhau và một lõi sắt.

C. Hai cuộn dây dẫn có số vòng dây giống nhau và nam châm vĩnh cửu.

D. Hai cuộn dây dẫn có số vòng dây giống nhau và nam châm điện.

Gợi ý đáp án

Các bộ phận chính của máy biến thế:

+ Hai cuộn dây dẫn có số vòng dây khác nhau, đặt cách điện với nhau.

+ Một lõi sắt (hay thép) có pha silic chung cho cả hai cuộn dây

→ Đáp án B

Câu 2: C họn phát biểu đúng

A. Khi một hiệu điện thế xoay chiều vào hai đầu cuộn dây sơ cấp của một máy biến thế thì ở cuộn dây thứ cấp xuất hiện một hiệu điện thế xoay chiều.

B. Máy biến thế có thể chạy bằng dòng điện một chiều.

C. Không thể dùng dòng điện xoay chiều để chạy máy biến thế mà dùng dòng điện một chiều để chạy máy biến thế.

D. Máy biến thế gồm một cuộn dây và một lõi sắt.

Gợi ý đáp án

Không thể dùng dòng điện không đổi (dòng điện một chiều) để chạy máy biến thế được. Máy biến thế gồm hai cuộn dây có số vòng khác nhau và một lõi sắt.

→ Đáp án A

Câu 3: Máy biến thế có cuộn dây:

A. Đưa điện vào là cuộn sơ cấp.	B. Đưa điện vào là cuộn sơ cấp.
C. Đưa điện vào là cuộn thứ cấp.	D. Lấy điện ra là cuộn sơ cấp.

Gợi ý đáp án

Máy biến thế có cuộn dây đưa điện vào là cuộn sơ cấp

→ Đáp án A

Câu 4: Phát biểu nào sau đây về máy biến thế là không đúng ?

A. Số vòng cuộn sơ cấp nhiều gấp n lần số vòng cuộn thứ cấp là máy hạ thế.

B. Số vòng cuộn thứ cấp ít hơn số vòng cuộn sơ cấp là máy tăng thế.

C. Số vòng cuộn thứ cấp nhiều gấp n lần số vòng cuộn sơ cấp là máy tăng thế.

D. Số vòng cuộn thứ cấp ít hơn số vòng cuộn sơ cấp là máy hạ thế.

Gợi ý đáp án

Số vòng cuộn thứ cấp ít hơn số vòng cuộn sơ cấp là máy hạ thế

→ Đáp án B

Câu 5: Máy biến thế là thiết bị:

A. Giữ hiệu điện thế không đổi.	B. Giữ cường độ dòng điện không đổi.
C. Biến đổi hiệu điện thế xoay chiều.	D. Biến đổi cường độ dòng điện không đổi.

Gợi ý đáp án

Máy biến thế là thiết bị biến đổi hiệu điện thế xoay chiều

→ Đáp án C

Câu 6: N ếu đặt vào hai đầu cuộn dây sơ cấp của máy biến thế một hiệu điện thế xoay chiều thì từ trường trong lõi sắt từ sẽ:

A. Luôn giảm	B. Luôn tăng
C. Biến thiên	D. Không biến thiên

Gợi ý đáp án

Nếu đặt vào hai đầu cuộn dây sơ cấp của máy biến thế một hiệu điện thế xoay chiều thì từ trường trong lõi sắt từ sẽ biến thiên

→ Đáp án C

Câu 7: Cuộn sơ cấp của máy biến thế có 4400 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

Gợi ý đáp án

Ta có: $\frac{{{U_1}}}{{{U_2}}} = \frac{{{n_1}}}{{{n_2}}} \Rightarrow {U_2} = \frac{{{n_2}.{U_1}}}{{{n_1}}} = \frac{{240.220}}{{4400}} = 12V$

→ Đáp án A

Câu 8: M ột máy biến thế có hiệu điện thế cuộn sơ cấp là 220V, số vòng cuộn sơ cấp là 500 vòng, 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

Gợi ý đáp án

Ta có: $\frac{{{U_1}}}{{{U_2}}} = \frac{{{n_1}}}{{{n_2}}} \Rightarrow {n_2} = \frac{{{n_1}.{U_2}}}{{{U_1}}} = \frac{{500.110}}{{220}} = 250$ (vòng)

→ Đáp án D

Câu 9: Cuộn sơ cấp của một máy biến thế có N₁ = 5000 vòng, cuộn thứ cấp có N₂ = 625 vòng. Nối hai đầu cuộn sơ cấp vào mạng điện có hiệu điện thế U₁ = 220V.

a) Tính hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn thứ cấp.

b) Tính dòng điện chạy qua cuộn thứ cấp nếu nối hai đầu cuộn thứ cấp với điện trở 137,5 Ω

Coi điện năng không bị mất mát

Gợi ý đáp án

Hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn thứ cấp:

$\frac{{{U_1}}}{{{U_2}}} = \frac{{{n_1}}}{{{n_2}}} \Rightarrow {U_2} = \frac{{{n_2}.{U_1}}}{{{n_1}}} = \frac{{625.220}}{{5000}} = 27,5V$

Dòng điện qua cuộn thứ cấp:

${I_2} = \frac{{{U_2}}}{R} = \frac{{27,5}}{{137,5}} = 0,2V$

Câu 10: Mắc vôn kế vào hai đầu cuộn thứ cấp của một máy biến thế thì thấy vôn kế chỉ 9V. Biết hiệu điện thế của hai đầu cuộn sơ cấp là 360V. Hỏi:

a) Biến thế nói trên là biến thế tăng hay giảm thế?

b) Biết cuộn thứ cấp có 42 vòng. Tính số vòng dây ở cuộn sơ cấp.

Đáp án

a) Ta có U₂ = 9V, U₁ = 360V => U₁ > U₂

=> Máy biến thế có tác dụng giảm thế

b) Ta có: $\frac{{{U_1}}}{{{U_2}}} = \frac{{{n_1}}}{{{n_2}}} \Rightarrow {n_1} = \frac{{{n_2}.{U_1}}}{{{U_2}}} = \frac{{42.360}}{9} = 1680$ (vòng)

Câu 11: Một máy biến thế có số vòng dây ở cuộc sơ cấp là 1000 vòng, cuộn thứ cấp là 1600 vòng. Đặt ở đầu đường dây tải điện để truyền đi một công suất là 1100KW biết hiệu điện thế ở hai đầu cuộn thứ cấp là 110V.
a) Tính hiệu điện thế ở cuộn sơ cấp
b) Cho R = 50 ôm. Tính công suất hao phí do tỏa nhiệt đường dây.

Gợi ý đáp án

N₁ = 1000 vòng

N₂ = 1600 vòng

U₂ = 110kW = 110000 V

a. $\frac{{{U_1}}}{{{{U}_2}}} = \frac{{{N_1}}}{{{N_2}}} \Rightarrow {U_2} = \frac{{{U_2}.{N_1}}}{{{N_2}}} = 68750\left( V \right)$

b. P₂ = 50Ω

ΔP = I₂² . R

ΔP = ${\left( {\frac{P}{{{U_2}}}} \right)^2}.R = {\left( {\frac{{{{1100.10}^3}}}{{{{110.10}^2}}}} \right)^2}.50 = 5000\left( W \right)$

Câu 12: Một máy biến thế gồm cuộn sơ cấp 500 vòng, cuộn thứ cấp 25000 vòng. Hiệu điện thế đặt vào hai cuộn sơ cấp là 5000V. Tính hiệu điện thế ở hai đầu cuộn thứ cấp?

Gợi ý đáp án

U₁ = 5000 V

N₁ = 500 vòng

N₂ = 25000 vòng

Ta có:
U1/U2 = N1/N2
<=> 5000/U2 = 5000/2500
=> U2= (5000.2500)/5000= 2500 (V)
Đáp số: 2500V

5. Một số bài tập tự luyện

Câu 1 : Khi nói về máy biến thế, phát biểu nào sau đây SAI.

A. Máy biến thế hoạt động dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ
B. Máy biến thế hoạt động với dòng điện xoay chiều
C. Máy biến thế có hiệu suất rất thấp
D. Máy biến thế hoạt động có thể tăng hoặc giảm điện thế của dòng điện

Câu 2: Khi truyền tải điện năng, để giảm hao phí truyền tải thì ở nơi truyền đi cần lắp

A. Biến thế tăng điện áp.
B. Biến thế giảm điện áp.
C. Biến thế ổn áp.
D. Cả ba đều đúng

Câu 3

Với hai cuộn dây có số vòng dây khác nhau ở máy biến thế thì

A. Cuộn dây ít vòng hơn là cuộn sơ cấp.
B. Cuộn dây ít vòng hơn là cuộn thứ cấp.
C. Cả hai cuộn đều là cuộn sơ cấp.
D. Cuộn dây nào cũng có thể là cuộn thứ cấp.

Câu 4

Để giảm hao phí truyền tải điện năng, người ta lắp thêm một máy biến thế ở nơi phát. Để nâng hiệu điện thế từ U = 25kV lên đến hiệu điện thế U = 500kV, thì phải dùng máy biến thế có tỉ số giữa số vòng dây của cuộn sơ cấp và số vòng dây của cuộn thứ cấp là

A. 20
B. 200
C. 0,5
D. 0,05

Câu 5

Đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp cưa một máy biến áp lí tượng một điện áp xoay chiều có giá trị không đổi thì hiệu điện thế giữa hai đầu mạch thứ cấp là 100V. Ở cuộn sơ cấp, khi ta giảm bớt đo n vòng dây thì hiệu điện thế giữa hai đầu mạch thứ cấp là U; nếu tăng n vòng dây ở cuộn sơ cấp thì hiệu điện thế giữa hai đầu mạch thứ cấp là 0,5U. Giá trị của U là:

A. 100V
B. 150V
C. 200V
D. 250V

Câu 6

Một máy biến thế gồm có 2 cuộn dây: cuộn thứ nhất có 5000 vòng, cuộn thứ hai 30000 vòng. Máy biến thế được đặt và sử dụng tại nhà máy phát điện. Cuộn dây nào của máy biến thế là cuộn sơ cấp? vì sao?

Câu 7

Một máy biến áp lí tưởng có hiệu suất bằng 1 được nối vào nguồn điện xoay chiều có điện áp hiệu dụng 5V. Biết số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp là 500 vòng và 1500 vòng. Do cuộn sơ cấp có 20 vòng bị quấn ngược. Điện áp thu được ở cuộn thứ cấp là bao nhiêu?