Bài tập Máy biến áp: Giải bài 1, 2, 3, 4, 5, 6 trang 91 SGK Vật lí 12 bài 16

Nội dung bài viết này các em sẽ vận dụng kiến thức lý thuyết ở trên để giải một số bài tập vận dụng về máy biến áp: Giải bài 1, 2, 3, 4, 5, 6 trang 91 Vật lý 12 bài 16, qua đó rèn luyện được kỹ năng giải bài tập đồng thời giúp ghi nhớ kiến thức lý thuyết tốt hơn.

• Lý thuyết Vật lí 12 Bài 16: Truyền tải điện năng đi xa. Máy biến áp

* Bài 1 trang 91 SGK Vật Lý 12: Máy biến áp là gì? Nêu cấu tạo và nguyên tắc làm việc của biến áp.

° Lời giải bài 1 trang 91 SGK Vật Lý 12:

- Máy biến áp là thiết bị có khả năng biến đổi điện áp xoay chiều.

- Cấu tạo của máy biến áp: Lõi sắt non hình chữ nhật. Hai cuộn dây N₁, N₂ có số vòng dây quấn khác nhau. Cuộn dây N₁ nối với nguồn điện gọi là cuộn sơ cấp, cuộn dây N₂ nối với tải tiêu thụ gọi là cuộn thứ cấp.

- Nguyên tắc hoạt động của máy biến áp: dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, mắc hai đầu cuộn sơ cấp vào điện áp xoay chiều có tần số f. Dòng điện xoay chiều trong cuộn sơ cấp tạo ra từ thông biến thiên trong lõi sắt đi đến cuộn thứ cấp làm xuất hiện suất điện động cảm ứng. Khi máy biến áp hoạt động trong cuộn thứ cấp xuất hiện dòng điện xoay chiều cùng tần số với dòng điện ở cuộn sơ cấp.

* Bài 2 trang 91 SGK Vật Lý 12: Máy biến áp lí tưởng làm việc bình thường có tỉ số N₂/N₁ bằng 3 khi (U₁, I₁) = (360V, 6A) thì (U₂, I₂) bằng bao nhiêu?

 A. (1080V, 18A)      B. (120V, 2A)

 C. (1080V, 2A)     D. (120V, 18A)

> Giải bài 2 trang 91 SGK Vật Lý 12:

¤ Chọn đáp án: C.(1080V, 2A)

- Theo bài ra, ta có: N₂/N₁ = 3; lại có: N₂/N₁ = U₂/U₁ ⇒ U₂/U₁ = 3 ⇒ U₂ = 3U₁ = 3.360 = 1080(V).

- Vì máy biến áp lý tưởng nên ta có: I₁/I₂ = N₂/N₁ = 3 ⇒ I₂ = I₁/3 = 6/3 = 2(A).

* Bài 3 trang 91 SGK Vật Lý 12: Một biến áp có cuộn sơ cấp gồm 2000 vòng, cuộn thứ cấp gồm 100 vòng, điện áp và cường độ ở mạch sơ cấp là 120V, 0,8A. Điện áp và công suất ở cuộn thứ cấp là bao nhiêu?

 A. 6V, 96W      B. 240V, 96W

 C. 6V, 4,8W     D. 120V, 4,8W

> Giải bài 3 trang 91 SGK Vật Lý 12:

¤ Chọn đáp án: A. 6V, 96W

- Theo bài ra, ta có: N₁ = 2000 vòng; N₂ = 100 vòng, U₁ = 120(V), I₁ = 0,8(A).

- Áp dụng công thức: U₂/U₁ = N₂/N₁ ⇒ U₂ = (N₂/N₁).U₁ = (100/2000).120 = 6(V).

- Lại có: I₁/I₂ = N₂/N₁ ⇒ I₂ = I₁.(N₁/N₂) = 0,8.(2000/100) = 0,8.20 = 16(A).

- Công suất: P₂ = U₂.I₂ = 6.16 = 96(W).

- Vậy điện áp và công suất ở cuộn thứ cấp là: (6V, 96W).

* Bài 4 trang 91 SGK Vật Lý 12: Một biến áp có hai cuộn dây lần lượt có 10000 vòng và 200 vòng.

a) Muốn tăng áp thì cuộn nào là cuộn sơ cấp? Nếu đặt vào cuộn sơ cấp điện áp hiệu dụng 220V thì điện áp hiệu dụng ở cuộn thứ cấp bằng bao nhiêu?

b) Cuộn nào có tiết diện dây lớn hơn?

> Giải bài 4 trang 91 SGK Vật Lý 12:

a) Để là máy tăng áp thì số vòng của cuộn dây thứ cấp phải lớn hơn số vòng dây của cuộn sơ cấp. Do đó số vòng cuộn sơ cấp là N₁ = 200 vòng thì số vòng của cuộn thứ cấp là N₂ = 10000 vòng, khi đó ta có:

 U₂/U₁ = N₂/N₁ ⇒ U₂ = U₁.(N₂/N₁) = 220.(10000/200)=220.50 = 11000(V)

b) Vì N₁ < N₂ nên cuộn sơ cấp có tiết diện dây lớn hơn.

¤ Các giải thích khác (trong trường hợp tổng quát) là ta tính cường độ dòng điện như sau:

- Ta có: I₁/I₂ = N₂/N₁ = 10000/200 = 50.

- Như vậy, cường độ dòng điện ở cuộn sơ cấp lớn hơn 50 lần cường độ dòng điện ở cuộn thứ cấp. Do đó, cuộn sơ cấp có tiết diện dây lớn hơn cuộn thứ cấp.

* Bài 5 trang 91 SGK Vật Lý 12: Máy biến áp lí tưởng cung cấp một dòng điện 30A dưới một điện áp hiệu dụng 220V. Điện áp hiệu dụng ở cuộn sơ cấp là 5kV.

a) Tính công suất tiêu thụ ở cửa vào và ở cửa ra của biến áp

b) Tính cường độ hiệu dụng ở cuộn sơ cấp.

> Giải bài 5 trang 91 SGK Vật Lý 12:

a) Máy biến áp là lý tưởng (bỏ qua hao phí của máy biến áp):

- Công suất tiêu thụ ở cửa vào và ở cửa ra của máy biến áp là:

 P₁ = P₂ = U₂I₂ = 220.30 = 6600(W).

b) Tại cuộn sơ cấp, ta có: P₁ = U₁.I₁ 

nên cường độ dòng điện hiệu dụng ở cuộn sơ cấp là:

 I₁ = P₁/U₁ = 6600/5000 = 1,32(A)

* Bài 6 trang 91 SGK Vật Lý 12: Một biến áp cung cấp một công suất 4kW dưới một điện áp hiệu dụng 110V. Biến áp đó nối với đường dây tải điện có điện trở tổng là 2Ω

a) Tính cường độ hiệu dụng trên đường dây tải điện.

b) Tính độ sụt thế trên đường dây tải điện.

c) Tính điện áp hiệu dụng ở cuối đường dây tải điện.

d) Xác định công suất tổn hao trên đường dây đó.

e) Thay biến áp trển dây bằng một biến áp có cùng công suất nhưng điện áp hiệu dụng ở cửa ra là 220V. Tính toán lại các đại lượng nêu ra ở bốn câu hỏi trên.

> Giải bài 6 trang 91 SGK Vật Lý 12:

a) Cường độ dòng điện hiệu dụng trên đường dây tải điện:

- Áp dụng công thức: P₂ = U₂.I₂ 

⇒ I₂ = P₂/U₂ = 4000/110 = 36,36(A).

b) Độ sụt thế trên đường dây tải điện:

 ΔU_d = R_d.I₂ = 2.36,36 = 72,73(V).

c) Điện áp hiệu dụng ở cuối đường dây tải điện là:

 U_d = U - ΔU_d = 110 – 72,73 = 37,27(V).

d) Công suất tổn hao trên đường dây:

 P_hp = (I₂)².R_d = (36,36)².2 ≈ 2644,63(W).

e) Khi thay biến áp trên dây bằng một biến áp có cùng công suất, nhưng điện áp hiệu dụng ở của ra là U’₂ = 220V, tương tự trên ta có:

- Cường độ dòng điện hiệu dụng trên dây tải điện:

 I'₂ = P₂/U'₂ = (4.10³)/220 = 200/11 ≈ 18,18(A).

- Độ sụt thế trên đường dây tải điện là:

 ΔU'_d = I'₂.R_d = 18,18.2 ≈ 36,36(V).

- Điện ấp hiệu dụng ở cuối đường dây tải điện là:

 U'_d = U' - ΔU'_d = 220 - 36,36 = 183,64(V).

- Công suất tổn hao trên đường dây là:

 P'_hp = I'₂.R_d = (18,18)².2 = 661,16(W).