Một học sinh chế tạo một chiếc đèn ngủ bằng cách dùng một đèn sợi đốt 6V – 3W nối vào mạng điện xoay chiều 220 V trong nhà qua một máy biến thế (hình minh họa H22.5). Học sinh này phải dùng máy tăng thế hay máy hạ thế? Tỉ số vòng dây giữa cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp của máy là bao nhiêu? Nếu bóng đèn này được thắp sáng 8 giờ mỗi ngày thì tiền điện phải trả cho bóng đèn trong một tháng (30 ngày) là bao nhiêu? Cho rằng giá tiền điện là 1800 đồng/(kW.h) và hao phí điện năng do tỏa nhiệt trong máy biến thế là không đáng kể.
Đáp án:
$\begin{align}
& \frac{{{N}_{1}}}{{{N}_{2}}}=36,7 \\
& 1296dong \\
\end{align}$
Giải thích các bước giải:
Học sinh phải dùng máy hạ thế
Hạ hiệu điện thế từ 220V xuống 6V
Tỉ số vòng dây giữa cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp của máy:
$\dfrac{{{N}_{1}}}{{{N}_{2}}}=\dfrac{{{U}_{1}}}{{{U}_{2}}}=\dfrac{220}{6}=36,7$
Số điện năng sử dụng:
$A=P.t=3.8.30=720\text{W}=0,72k\text{W}$
Số tiền phải trả:
$0,72.1800=1296dong$
Máy biến thế có hai bộ phận chính là: Một lõi gồm các lá sắt có pha silic ghép cách điện với nhau và hai cuộn dây có số vòng khác nhau cuốn trên lõi và cách điện với nhau.
Một cuộn dây nối với nguồn gọi là cuộn sơ cấp, một cuộn dây nối với thiết bị tiêu thụ gọi là cuộn thứ cấp.
Khi đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp của máy biến thế một hiệu điện thế xoay chiều thì do hiện tượng cảm ứng điện từ, ở hai đầu cuộn thứ cấp cũng xuất hiện một hiệu điện thế xoay chiều.
Công thức `\frac{U_1}{U_2}=\frac{n_1}{n_2}`
Với: `U_1,n_1` là hiệu điện thế và số vòng dây của cuộn sơ cấp và `U_2,n_2` là hiệu điện thế và số vòng dây của cuộn thứ cấp.
Nếu `n_1>n_2` thì `U_1>U_2` thì máy biến thế gọi là máy hạ thế.
Nếu `n_1<n_2` thì `U_1<U_2` thì máy biến thế gọi là máy tăng thế.
Vậy học sinh phải dùng máy hạ thế.
Tỉ số giữa vòng dây cuộn sơ cấp và thứ cấp là: `\frac{U_1}{U_2}=\frac{n_1}{n_2}=\frac{220}{6}=36,67`
Điện năng bóng đèn tiêu thụ trong 1 tháng là: `A=P.t=0,03.8.30=7,2\ kWh`
Vậy số tiền điện phải trả trong một tháng là: `7,2.1800=12960\ đồng`