Bài 32: Máy biến áp. Truyền tải điện năng - Giải BT Vật Lí 12 nâng cao
Bài C1 (trang 170 SGK Vật Lí 12 nâng cao): Hiệu suất của máy biến áp trong thực tế có thể đạt tới 98−99%. Hãy viết biểu thức tính hiệu suất của máy biến áp và giải thích tại sao nó có thể đạt tới giá trị lớn.
Bài giải:Hiệu suất của máy biến áp là tỉ số (tính ra %) giữa công suất lấy ra ở mạch thứ cấp P2 và công suất đưa vào ở mạch sơ cấp P1.
Hao phí điện năng trong máy biến áp chủ yếu ở dạng toả nhiệt Jun - Lenxơ trong các cuộn dây và do dòng Phucô trong lõi thép gây ra. Ta hạn chế bằng cách dùng dây dẫn bằng đồng tốt và lõi thép làm bằng các lá thép mỏng pha silic ghép cách điện với nhau.
Vì vậy hiệu suất của máy biến áp rất cao, trong thực tế có thể đạt tới 98% hay 99%.
Bài C2 (trang 170): Đối với máy tăng áp, nên dùng dây của cuộn thứ cấp là loại có đường kính to hơn hay nhỏ hơn của cuộn sơ cấp? Tại sao?
Bài giải:Với máy biến áp lý tưởng ta có: 
Ta nhận thấy cường độ dòng điện trong mỗi cuộn dây tỉ lệ nghịch với điện áp ở hai đầu cuộn dây.
Như vậy, nếu là máy tăng áp thì điện áp ở cuộn thứ cấp cao hơn cuộn sơ cấp nên dòng điện qua cuộn thứ cấp nhỏ hơn, ta có thể dùng dây đồng loại có đường kính nhỏ hơn dây của cuộn sơ cấp để cho tiết kiệm dây dẫn, đảm bảo máy gọn nhẹ (tính kinh tế cao), đường kính dây nhỏ nhưng điện trở của dây lại tăng, tuy nhiên cường độ qua dây thứ cấp nhỏ nên hao phí nhiệt do điện trở của dây quấn gây ra không đáng kể.
Câu 1 (trang 172 sgk Vật Lí 12 nâng cao): Nêu đặc điểm của sự biến đổi điện áp và cường độ dòng điện qua máy biến áp.
Bài giải: Điện áp tỉ lệ thuận với các vòng dây: 
Nếu N2 > N1 thì U2 > U1, ta gọi máy biến áp là máy tăng áp. Nếu N2 < N1 thì U2 < U1 ta gọi máy biến áp là máy hạ áp.
Cường độ dòng điện tỷ lệ nghịch với điện áp: 
Do đó, máy biến áp làm tăng điện áp lên bao nhiêu thì giảm cường độ dòng điện bấy nhiêu lần.
Câu 2 (trang 172): Nêu các cách chủ yếu làm giảm điện năng hao phí:
a) Trong máy biến áp.
b) Trong truyền tải điện đi xa.
Bài giải:a) Trong máy biến áp. Máy biến áp gồm 2 cuộn dây có số vòng khác nhau quấn trên một lõi sắt kín. Lõi thường làm bằng các lá sắt hoặc thép pha silic, ghép cách điện với nhau để giảm hao phí điện năng do dòng Phu-cô. Các cuộn dây thường làm bằng đồng, đặt cách điện với nhau và được cách điện với lõi, dây đồng có điện trở nhỏ để hao phí do tỏa nhiệt trên dây bé.
b) Trong truyền tải điện đi xa. Để làm giảm điện năng hao phí ta cần tăng điện áp truyền tải và giảm điện trở dây dẫn.
Bài 1 (trang 172 sgk Vật Lí 12 nâng cao): Một máy biến áp có cuộn thứ cấp mắc với một điện trở thuần, cuộn sơ cấp mắc với nguồn điện xoay chiều. Điện trở của các cuộn dây và hao phí điện năng ở máy không đáng kể. Nếu tăng trị số của điện trở mắc với cuộn thứ cấp lên hai lần thì.
A. Cường độ hiệu dụng của dòng điện chạy trong cuộn thứ cấp giảm hai lần, trong cuộn sơ cấp không đổi.
B. Điện áp ở hai đầu cuộn sơ cấp và thứ cấp đều tăng hai lần.
C. Suất điện động cảm ứng trong cuộn thứ cấp tăng hai lần, trong cuộn sơ cấp không đổi.
D. Công suất tiêu thụ điện ở mạch sơ cấp và thứ cấp đều giảm hai lần.
Bài giải:Đáp án đúng là: D
Vì cuộn thứ cấp mắc với một điện trở thuần nên công suất tiêu thụ ở mạch thứ cấp là:
Vì U2 không đổi nên nếu tăng điện trở lên hai lần thì công suất tiêu thụ ở mạch thứ cấp giảm hai lần.
Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng cho máy biến áp lý tưởng ta được: P1 = P2 nên P1 cũng giảm hai lần.
Bài 2 (trang 172): Chọn phát biểu sai.
Trong quá trình tải điện năng đi xa, công suất hao phí.
A. Tỉ lệ với thời gian truyền điện.
B. Tỉ lệ với chiều dài đường dây tải điện.
C. Tỉ lệ nghịch với bình phương điện áp giữa hai đầu dây ở trạm phát điện.
D. Tỉ lệ với bình phương công suất truyền đi.
Bài giải:Đáp án đúng là A.
Giải thích: Khi ổn định công suất hao phí không phụ thuộc vào thời gian t, chỉ có năng lượng hao phí mới tỷ lệ với t.
Bài 3 (trang 172): Cuộn sơ cấp của một máy biến áp được nối với mạng điện xoay chiều có điện áp 380V. Cuộn thứ cấp có dòng điện cường độ 1,5A chạy qua và có điện áp giữa hai đầu dây là 12 V. Biết số vòng dây của cuộn thứ cấp là 30. Tính số vòng dây của cuộn sơ cấp và cường độ dòng điện chạy qua nó. Bỏ qua hao phí điện năng trong máy.
Bài giải:Theo giả thiết: U1 = 380V; I2 = 1,5A; U2 = 12V; N2 = 30
Áp dung công thức:
Ta có:
Bài 4 (trang 172): Điện năng ở một trạm phát điện được truyền đi dưới điện áp 2kV và công suất truyền đi 200 kW. Hiệu số chỉ của các công tơ điện ở trạm phát và ở nơi thu sau mỗi ngày đêm lệch nhau thêm 480 kWh.
a) Tính công suất điện hao phí trên đường dây tải điện.
b) Cần tăng điện áp ở trạm phát đến giá trị nào để điện năng hao phí trên đường dây chỉ bằng 2,5% điện năng truyền đi? Coi công suất truyền đi ở trạm phát điện không đổi.
Bài giải:a) Theo giả thiết W = 480 kWh, t = 24h nên công suất điện hao phí trên đường dây tải điện là:
b) Gọi R là điện trở của đường dây truyền tải.
Công suất hao phí trên đường dây là:
Tăng điện áp ở trạm phát đến giá trị U’ thì điện năng hao phí trên đường dây chỉ bằng 2,5% điện năng truyền đi → ∆P’ = 0,025P = 0,025.200 = 5kW
