báo cáo thực hành vật lý đại cương 2

Mục đích. Tạo sóng đứng trên dây Lecher với các trường hợp:o Đầu cuối của dây Lecher đoản mạch.o Đầu cuối của dâyLecher để hở.o Đầu cuối của dây Lecher mắc với một điện trở. Xác định b

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

BÁO CÁO THỰC HÀNH VẬT LÝ ĐẠICƯƠNG 2

GIÁO VIÊN : NGUYỄN TỪ NIỆMSINH VIÊN: PHẠM HOÀNG AN MÃ SINH VIÊN :20002102

LỚP: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VÀ TIN HỌC KHÓA :65

LỊCH THỰC HÀNH: SÁNG THỨ 4 TIẾT 1-4

HÀ NỘI, NĂM 2021

BÀI 1: SÓNG ĐỨNG TRÊN DÂY LECHER.1 Mục đích.

 Tạo sóng đứng trên dây Lecher với các trường hợp:o Đầu cuối của dây Lecher đoản mạch.o Đầu cuối của dâyLecher để hở.

o Đầu cuối của dây Lecher mắc với một điện trở. Xác định bước sóng λ.

2 Cơ sở lý thuyết.

Năm 1890, E Lecher đưa ra thí nghiệm về sự lan truyền của sóng điện từ trên hai dây dẫn tiết diện tròn đặt song song với nhau (dây Lecher) Dây Lecher được dùng rộng rãi để truyền sóng điện từ từ nơi phát đến nơi thu, hoặc từ máy phát sóng điện từ tới các bức xạ sóng (anten).

Lý thuyết và thực nghiệm đều chứng tỏ rằngnếu khoảng cách b giữa hai dây dẫn của dây Lecher là nhỏ so với bước sóng của sóng điện từ, thì sóng điện từ có thể lan truyền dọc theo dây Lecher với vận tốc bằng:

𝑣 = = √G µ Gµ𝑜 𝑜 √µGTrong đó, 𝑐 = 1

√μ G𝑜 𝑜: vận tốc lan truyền sóng điện từ trong chân không,ε và μ lần lượt là hằng số điện môi và từ môi tương đối của môi trường xung quanh Nếu môi trường xung quanh là không khí thì 𝑣 ≈ 𝑐

Khi sóng lan truyền trên dây Lecher rất dài, được coi là vô hạn, thìsóng phản xạ từ các đầu cuối của dây nhỏ và có thể bỏ qua Trong kỹ thuật vô tuyến điện, người ta thường dùng dây Lecher có chiều dài cỡ một hoặc vài bước sóng Khi đó sóng phản xạ từ các đầu dây thể hiện rõ ràng Sóng phản xạ kết hợp với sóng tới và tạo thành sóng đứng trên dây.

Xét một đoạn dây Lecher một đầu được nuôi bởi một máy phát sóng cao tần, đầu còn lại để hở hoặc đoản mạch, hoặc mắc với một điện trở thuần.Khi một trường điện tần số cao được truyền vào vị trí x dây Lecher, mộtsóng điện áp:

U = Uo sin ωt − kx( ) (1)với: ω = 2 f: tần số góc,𝜋

k = 2π/λ: số sóng,

lan truyền theo hướng x (từ trái qua phải) của đây Tần số và bước sóng của dây phù hợp với tần số và bước sóng của trường truyền.

2.1 Dây Lecher với đầu cuối đoản mạch

Nếu các dây của dây Lecher được đoản mạch ở đầu cuối, thì hiệu điện thế U tại đó bằng không.Độ lệch pha giữa sóng tới và sóng phản xạ là 180 o Chọn gốc tọa độ O đặt ở đầu dây (điểm tiếp xúc giữa dây và nguồn cao tần) Giả sử sóngđiện áp tới tại điểm có tọa độ x có dạng:

U1 = Uo sin(ωt − kx)Khi đó sóng phản xạ tại điểm đó có dạng:

U2 = − Uo sin(ωt + kx)Sóng tới kết hợp với sóng phản xạ tạo thành sóng đứng:

U = U1 + U2 = −2 Uo sin(kx) cos(ωt) (2)

Điện áp giữa các dây được gắn liền với sự phân bố điện tích dọc theo dây.Sự dao động của các điện tích này sinh ra một dòng điện I có dạng sóng truyền trong dây.Tại đầu cuối của dây (đầu đoản mạch) luôn có dòng điện cố định chạy qua.Vì vậy, không có sự thay đổi về pha giữa sóng tới và sóng phản xạ của cường độ dòng điện Nghĩa là, nếu phương trình của dòng tới có dạng:

I1 = Io sin(ωt − kx)thì phương trình của dòng phản xạ có dạng:

I1 = Io sin(ωt + kx)Phương trình tổng hợp của I1& I2có dạng:

I = I1 + I2 = 2 Io cos(kx) sin(ωt) (3)

Từ các phương trình (2) và (3) ta thấy rằng các vị trí nút sóng của sóng điện áp tương ứng với các vị trí bụng sóng của sóng dòng điện và các vị trí bụng sóng của sóng điện áp tương ứng với các vị trí nút sóng của sóng dòng điện Vị trí của các nút điện áp là

x = 0, −λ/2, −λ, −3λ/2, … (4)

do đó, khoảng cách của chúng từ điểm đầu của dây là bội của λ/2 Sóng điện từđứng trên dây Lecher tương ứng với dòng điện I và điện tích (+,-) trên các dây đượcmô tả trên hình 1.

2.2 Dây Lecher với đầu cuối hở mạch

Trong trường hợp này, có một hiệu điện thế không đổi ở cuối dây Lecher, tức là sóng điện áp tới và sóng điện áp phản xạ không có sự thay đổi về pha Trong khi đó, dòng điện ở đầu hở (đầu cuối) luôn luôn bằng không, sóng dòng tới và sóng của dòng phản xạ lệch pha nhau 180 Do ođó các phương trình tổng hợp của điện áp, cũng như dòng điện của các sóng tới và sóng phản xạ có dạng:

U = U1 + U2 = 2 Uo cos kx sinωt (5)Và I = I1 + I2 = −2 Io sinkx cosωt (6)

Các phương trình này có thể thu được từ các phương trình (2) và (3)bằng cách hoán đổi giữa U và I.

2.3 Dây Lecher có đầu cuối mắc với điện trở thuần

Sóng đứng không được hình thành nếu điểm cuối của dây Lecher được nối với điện trở thuần.Trong trường hợp này, sóng dòng điện và sóng điện áp tới không bị phản xạ ở điểm cuối của dây.

XỬ LÝ SỐ LIỆU

a) Dây lecher với đầu cuối đoản mạch

Bảng 2 Vị trí của các nút dòng và thế trên dây Lecher đoản mạch

1 Lần2 Lần3 Lần1 Lần2 3Lần Lần 1 Lần 2 Lần 3 Stb (nút)1 2.7 2.4 2.1 8.2 8.2 8.3 5.45 5.3 5.2 5.31 I2 16.5 16.4 17.1 31.1 31.1 30.5 23.8 23.75 23.8 23.78 U3 39.4 39.5 39.2 42.5 42.4 42.5 40.95 40.95 40.85 40.91 I4 50.5 51.1 51.3 63.6 63.7 63.4 57.05 57.4 57.35 57.26 U5 73 72.9 72.5 76 75.8 75.4 74.5 74.35 73.95 74.26 I6 84.4 84.6 84.5 84.4 84.6 84.5 84.4 84.6 84.5 84.5 U

*Nhận xét : Khoảng cách giữa 2 nút điện áp U hoặc 2 nút dòng I =λ/2U với I lệch pha pi/2(vuông pha)

==>khoảng cách giữa nút điện áp U và dòng I sẽ là λ/4 Y=16.107x – 8.704

16.107= λ/4  λ= 64.428 (cm)=0.64(m)V= λ*f = 0,64*433.92*10 = 2.7*10 (m/s) 68λlt = v/f = (3*108)/(433.92*106) = 0.69 (m).vlt = 3*10 (m/s).8

Độ lệch chuẩn: 𝑉 = 3*108−2.7*108*100%=10%3*108

Độ lệch chuẩn: λ = 0.69−0.64 * 100% = 7,2%

Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 1 Lần 2 Lần 3 Stb (nút)1 0 0 0 11.5 11.7 11.5 5.75 5.85 5.75 5.78 I2 9.4 9.4 9.5 29.2 30 29.5 19.3 19.7 19.5 19.5 U3 30.5 30.3 30.3 45.6 45.8 45.4 38.05 38.05 37.85 37.98 I4 46.3 46.4 46.4 61.3 61.3 61.4 53.8 53.85 53.9 53.85 U5 64.4 64.1 64.2 80.1 80.1 80.2 72.25 72.1 72.2 72.18 I6 82.2 82.2 82.3 82.2 82.2 82.3 82.2 82.2 82.3 82.23 U

Đồ thị phụ thuộc của S vào N(Đoản mạch)

y = 16,107x - 8,70460

N

Y = 15.89x – 10.363  λ = 15.89*4 = 63.56 (cm) = 0.63 (m) V = λ*f = 0.63*433.92*10 = 2.73*10 (m/s).68

λlt = v/f = (3*108)/(433.92*106) = 0.69 (m).vlt = 3*10 (m/s).8

Độ lệch chuẩn: 𝑉 = 3*108−2.73*108*100%=9%3*108

y = 15,89x - 10,36360

N

BÀI 2: HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ1.Mục đích

- Khảo sát hiện tượng cảm ứng điện từ.

- Khảo sát sự phụ thuộc của suất điện động cảm ứng U xuất hiện cuộn cảm đặt trong từ trường B vào:

 Tiết diện cuộn cảm A Số vòng dây N1

 Biến thiên của cả ứng từ B theo thời gian ( thông qua biến thiêncủa dòng điện qua cuộn solenoid theo thời gian dI/dt)

2.Tóm tắt lý thuyết

Khi đặt một khung dây dẫn điện tạo thành mạch điện kín vào trong trường cócảm ứng từ B biến đổi theo thời gian , trong khung dây sẽ xuất hiện một dòng điệncảm ứng từ B biến đổi theo thời gian trong khung dây sẽ xuất hiện một dòng điệncảm ứng ( hoặc suất điện động cảm ứng ) đó là hiện tượng cảm ứng điện từ

U=-µ ˳𝑁2 .𝐴 𝑁 𝑑𝐼 (3)𝐿 1 𝑑𝑡

Biểu thức (3) thu được khi ta đặt cuộn cảm N1 có thiết diện A vào trong lòng cuộnN2 có chiều dài L với dòng điện I biến thiên theo thời gian chạy qua cuộn N (hình 1).2Biểu thức trên cho thấy suất điện động cảm ứng U tỷ lệ thuận với tiết diện cuộn cảmA, số vòng dây của các cuộn cảm N1, N2 và tốc độ biến thiên dòng điện trong cuộnSolenoid dI/dt.

Trong bài thực hành này, ta sẽ tiến hành khảo sát hiện tượng cảm ứng của mộtcuộn dây N đặt trong từ trường biến thiên của cuộn N Qua đó, khảo sát sự phụ12thuộc của suất điện động cảm ứng U xuất hiện trong cuộn cảm đặt trong từ trườngbiến thiên B vào tiết diện cuộn cảm A, số vòng dây N và vào biến thiên của cảm1ứng từ B theo thời gian thông qua biến thiên của dòng điện qua cuộn solenoid theothời gian dI/dt.

XỬ LÝ SỐ LIỆU.

Bảng 2: Biên độ U theo tiết diện A của cuộn dây.

A(m2) U(v) U ( m V )T B 𝐼max0,0025 0.271265 0.27168 0.27144 0.27146 I=20,0015 0.16801 0.1685 0.16846 0.168323

0,0010 0.108275 0.10781 0.10821

5 0.1081T = 2s

Nhận xét: Ta thấy suất điện động cảm ứng U tỉ lệ thuận với số vòng N1 của cuộn dây theo hàm bậc nhất

Đồ thị sự phụ thuộc của U(t) (màu đỏ) và I(t) (màu xanh).

Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc điện áp Uvào tiết diện A

y = 108,08x + 0,00250,2

0 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,00250,003

A(m^2)

Bảng 3: Biên độ U theo tiết diện của N1 của cuộn dây.

300 0.28378 0.284055 0.283145 0.28391200 0.18878 0.18905 0.18765 0.18765100 0.094175 0.09423 0.09422 0.09422

Suất điện động cảm ứng tỉ lệ thuận với số vòng dây cuộn cảm Bảng4: Sự phụ thuộc của U(V) vào dI/dt (A/s).

N1(vòng)

Suất điện động cảm ứng tỉ lệ thuận với tốc độ biến thiên dòng điện trong cuộn dI/dt Bảng: Hệ số góc của các đường thẳng U(A), U(N1), U(dI/dt).

Hệ số góc thực nghiệm 108,8 0,0009 0,2841Hệ số góc tính toán 110 0,000917 0,276

Biểu đồ biểu diễn sự phụ thuộc củaU(V) theo di/dt

y = 0,2841x - 0,00020,4

di/dt

BÀI 3: CHUYỂN ĐỘNG CỦA ĐIỆN TỬ TRONG ĐIỆN TỪ TRƯỜNG, XÁC ĐỊNHe/m

2 Cơ sở lý thuyết

Trong bài thí nghiệm này, ống Thomson được sử dụng để khảo sát sự lệch hướng của điện tử chuyển động trong điện trường cũng như từ trường và được sử dụng làm bộ lọc vận tốc của các điện tử.

2.1 Sự chuyển động của điện tử trong điện trường

Xét một điện tích e chuyển động trong một điện trường đều nằm giữa hai bản tụ củamột tụ phẳng Lực điện trường tác dụng lên vật:

)* →F = e * →E (1)trong đó, e: là điện tích của vật,

E: là cường độ điện trường.

Phương trình chuyển động của điện tích có dạng:m d*v→ dt = e * →E (2)với, m: khối lượng của điện tích,

v: vận tốc chuyển động của điện tích.

Chọn trục Oy theo phương của 𝐸→ và tại thời điểm t = 0, điện tích ở gốc O với vận tốc v0 nằm trong mặt phẳng xOy Khi đó, điện tích chỉ chuyển động trong mặt phẳngxOy.

Chiếu phương trình chuyển động (2) lần lượt xuống các trục Ox và Oy ta có:𝑑2x

m

dt2 = 0 (3)𝑑2y

m 𝑡2 + v0y

𝑡 ( )6

Rút t từ biểu thức (5) thay vào biểu thức (6) ta có phương trình quỹ đạo của điện tích chuyển động trong điện trường đều:

e Ey =

2 m(v0 cosφ)2

x + 2 (tgφ) x (7)trong đó, φ: là góc giữa vận tốc ban đầu v0 và trục Ox.

Như vậy, quỹ đạo của điện tích chuyển động trong điện trường đều là một đườngparabol Nếu 𝜑 = 0 𝑜 , phương trình quỹ đạo của điện tích chuyển động trong điệntrường đều trở thành :

e Ey =

2 m(v0 )2 (8)

Vì điện tử được gia tốc bởi 1 hiệu điện thế UA nên:e UA = 2m v2 (9)Rút v từ biểu thức (9) và thay vào phương trình (8) ta đươc:

Ey =

4UA x 2 (10)

Với UP là hiệu điện thế đặt giữa hai bản tụ và d = 5,5 cm là khoảng cách giữa haibản tụ, do cấu trúc của ống Thomson, điện trường thực tế nhỏ hơn điện trườnglý thuyết và phải đưa vào một số hiệu chỉnh:

E thực tế = 0,75 Elý thuyết = 0,75

UP(11)𝑑2.2 Sự chuyển động của điện tử trong từ trường.

Xét một điện tích e chuyển động với vận 𝑣→ trong từ trường →𝐵 của cặp Helmholtz và 𝑣→ vuông góc với →𝐵 Khi đó từ trường 𝐵→→sẽ tác dụng lên điện tích e một lực Loren:

)* →F = e [*v→ *B→] (12)Vì 𝑣→ vuông góc với →𝐵 nên độ lớn của lực Loren là:

F = e v 𝐵 (13)

Lực Loren có vai trò của lực hướng tâm làm cho điện tử chuyển động theo quỹ đạo tròn theo phương trình:

y = r − √𝑟2 − 𝑥2 (14)Bán kính của quỹ đạo r được xác định như sau:

e v B = m.𝑟

v hay e B =m 𝑟

(15)Rút v từ biểu thức (8) và thay vào (15) ta được:

) R (17)với, 𝜇0=4π.10-7 (mT/A): độ từ thẩm của chân không,

N: số vòng dây của cuộn Helmholtz,R: bán kính cuộn Helmholtz.

Trong bài thí nghiệm này, N = 320 vòng và R = 6,7 cm Từ biểu thức (16), điện tích riêng e/m được xác định:

𝑒 2𝑈𝑎

𝑚 = 𝐵 𝑟2 2 (18)

2.3 Sự chuyển động của điện tử trong khoảng không gian có đồng thời điệntrường và từ trường đồng nhất vuông góc với nhau Bộ lọc vận tốc.Xét một điện tích chuyển động với vận tốc 𝑣→ trong điện trường →𝐸 và từ trường→

𝐵 Khi đó lực tổng hợp tác động lên điện tích là:)* →F = e * →E + e [*v*→*B*→] (19)

c Cho chùm điện tử đi qua vùng có điện trường 𝐸→ và từ trường →𝐵 đặt vuông góc với nhau sao cho lực điện *F→ = e E→ * cùng phương nhưng ngược chiều với lực từ

)*F→ = e [*v*→*B*→] Bằng cách điều chỉnh điện trường và từ trường để độ lớn của hai lực đó bằng nhau, nghĩa là:

𝐸e E = e v ℎ 𝐵 𝑎𝑦 𝑣=

Thay biểu thức (20) vào biểu thức (9) được biểu thức tương đương sau:𝑒 𝐸2

ta thấy F tỉ lệ thuận với U

Sự phụ thuộc của y vào x với các giá trị

3 hiệu điện thế Up khác nhau

y = 0,0405x + 0,0076x - 0,05722 y = 0,0329x - 0,0037x - 0,02622

y = 0,0449x + 0,0125x - 0,062722

Up=2kV Up=3kV Up=4kVUp=5kV0

Bảng 3 Tọa độ (x,y) tương ứng trên quỹ đạo chuyển động của điện tử trong điện trường với các dòng điện chạy trong cuộn Helmholzt khác nhau.

y(cm)I = 0,1

A I= 0,15A I = 0,2A I = 0,25A

2 -0,19 -0,2 -0,225 -0,313 -0,26 -0,31 -0,38 -0,54 -0,38 -0,46 -0,56 -0,755 -0,59 -0,7 -0,92 -1,126 -0,77 -1 -1,26 -1,527 -1,1 -1,18 -1,64 -2,028 -1,3 -1,52 -1,85

-0,5 y = 0,0153x2 + 0,0465x - 0,0243-1

y = 0,0267x + 0,1117x - 0,09142

I=0,1A I=0,15A I=0,2AI=0,25A-1,5

y = 0,0149x2 + 0,1404x - 0,1563 y = 0,0187x2 + 0,0501x - 0,0245-2,5

d=5.5cm =0.055m Etínhtoán =0.75.Up/dBảng 5:Điện trường giữa hai bản tụ

Up = 2kV Up =3kV 4kVUp = Up =5kV Đơn vịE đo

được 31,2 52 66,08 74,24

kV/mE tính

toán 27,27 40,9 54,54 68,18

 Do sai số trong việc đo Y dẫn đến kết quả lệnh rất nhiều.

ĐỒ thị sự phụ thuộc của y vào x^2

Up=2kV Up=3kV Up=4kVUp=5kV0

y = 0,0413x - 0,0436

4,0361 -0,199,0676 -0,2616,1444 -0,3825,348 -0,5936,5929 -0,7750,21 -1,165,69 -1,383,689 -1,64

I=0,1ALinear (I=0,1A)

Nhận xét i=0,1A R=26,011 cm.x^2+y^2 y(cm)

4,04 -0,29,0961 -0,3116,2116 -0,4625,49 -0,7

50,3924 -1,1866,3104 -1,52

1008060y = -44,215x - 3,4806

40 I=0,15A20

x^2+y^2 y

4,050625 -0,2259,1444 -0,3816,3136 -0,5625,8464 -0,9237,5876 -1,2651,6896 -1,6467,4225 -1,85

Nhận xét i=0,2A R=17,439 cm.x^2+y^2 y

4,0961 -0,319,25 -0,516,5625 -0,7526,2544 -1,1238,3104 -1,5253,0804 -2,02

Nhận xét i=0,25A R=13,409 cm.

8060y = -34,878x - 3,1669

40200-20 0

I=0,2ALinear (I=0,2A)

6040y = -26,818x - 2,6078

20 I=0,25ALinear (I=0,25A)0

Ua(kV) I(A) 𝑟¯ ± ∆𝑟¯(cm)4 0,1 26,0114 0,15 22,10754 0,2 17,4394 0,25 13,409

Nhận xét: Từ hệ số góc của phương trình ta tính được :3

r = √2.m.U𝑎

với B = µ0 ( 4

)2 N.IR

e/m =2,3585*1011(C/kg)

e=1,6*10-19; me=9.1*10-31 ==>e/m ( lý thuyết )=1.76*10 (C/kg) 11Độ lệch chuẩn là: ∆= 2,3585−1,76 * 100% = 34%.

1,76Đồ thị 1/r2 theo I2

y = 0,0788x + 0,00040,005

0,0040,0030,0020,0010,000

BÀI 4: BIẾN THẾ.1 Mục đích

 Khảo sát sự phụ thuộc của hiệu điện thế thứ cấp của một máy biến thế không tải vào hiệu điện thế sơ cấp với các tỷ lệ số vòng dây giữa hai cuộn khác nhau.

 Khảo sát sự phụ thuộc của dòng điện thứ cấp của máy biến thế hoạt động đoản mạch vào dòng điện sơ cấp với các tỷ lệ số vòng dây giữa hai cuộn khác nhau.

 Sự khác biệt giữa biến thế cô lập và một biến thế tự ngẫu. Đo hiệu điện thế và cường độ dòng điện trên cuộn thứ cấp của biến

thế “soft” và “hard” như hàm của trở tải.

 Xác định công suất đầu ra của máy biến thế trở tải theo dòng chạy trong cuộn thứ cấp.

 Khảo sát các đường sức từ trên biến thế “soft” và “hard”.

2 Cơ sở lý thuyết

Máy biến thế thông thường gồm có 2 cuộn dây cảm ứng liên kết với nhau thông quamột lõi sắt (lõi biến thế).Lõi biến thế được ghép từ các bản mỏng được sơn lớp cách điện hoặc được chế tạo từ những vật liệu từ mềm dẫn điện kém để giảm dòng Foucault.Máy biến thế được sử dụng để thay đổi độ lớn hiệu điện thế của nguồn điện xoay chiều mà không làm thay đổi giá trị tần số.

Các dây đầu vào được nối với cuộn sơ cấp, trong khi các dây đầu ra nối với cuộn thứ cấp.Dòng điện xoay chiều trong cuộn dây sơ cấp gây ra từ thông biến thiên chạy xung quanh lõi sắt từ.Từ thông biến thiên trong lõi sắt làm xuất hiện dòng điện xoay chiều trong cuộn dây thứ cấp.

U2/U1 = N2/N1 (khi I = 0)2 (1)Đối với máy biến thế lý tưởng không có tải,ta có:

Với U , U lần lượt là hiệu điện thế của cuộn sơ cấp và thứ cấp; 12N1, N lần lượt là số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp.2

Sự biến đổi dòng trong biến thế lý tưởnghoạt động đoản mạch tuân theo côngthức sau:

I2/I1 = N1/N2 (khi U = 0)2 (2)Với I , I lần lượt là dòng của cuộn sơ cấp và thứ cấp.12

Trong bài thí nghiệm đối với phần này, hiệu điện thế và dòng điện biến đổi được đo đối mới máy biến thế “soft” (cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp ở trên các phần riêng biệt) không tải Bên cạnh đó, biến thế cô lập và biến thế tự ngẫu được phân biệt.

Mối liên hệ giữa hiệu điện thế đầu vào U và hiệu điện thế đầu ra U của máy12biến thế ngoài phụ thuộc vào tỷ lệ số vòng dây N : N của hai cuộn dây, còn phụ 12thuộc vào trở tải Hiệu điện thế U giảm với sự tăng dòng I trong cuộn thứ cấp do 22sự sụt điện áp tăng trên điện trở nội của nguồn điện này (tức cuộn dây thứ cấp).

Ngoài ra, đặc trưng I - V của máy biến thế có trở tải cũng phụ thuộc vào thiết kế vật lý của máy biến thế Trong phần thí nghiệm này, mối liên hệ giữa hiệu điện thế và dòng điện thứ cấp của máy biến thế có trở tải được khảo sát trong các trường hợp cuộn sơ cấp và thứ cấp quấn:

• Phân bố đối xứng ở cả hai phần của lõi sắt (tỷ lệ cố định, biến thế “hard”)• Quấn riêng biệt trên mỗi phần của lõi sắt (điện kháng cao, biến thế “soft”)

Trong cả hai trường hợp, các đường sức từ của máy biến thế được khảo sát bằng cách sử dụng các mạt sắt trên tấm nhựa phẳng đặt bên trên biến thế Công suất đầu ra của hai kiểu biến thế (“hard” & “soft”) được xác định thông qua biểu thức(giả sử tiêu hao thấp): P = U22.I2 (3) Như vậy, từ đường đặc trưng I – P có thể xác định được công suất đầu ra cực đại.

U2 (V) với N1/N =300/1502

U2 (V) với N /N =150/30012

Tương tự có (N2>N1) thì là máy tăng áp (N2=N1) có hiệu điện thế không đổi

Sự phụ thuộc của U vào U với ba tỷ lệ 2 1

N1/N2 khác nhau

N1/N2=300/300 N1/N2=300/150N1/N2=150/300y = 0,4994x + 0,0426

Bảng 3 Sự phụ thuộc của I vào I với các tỷ lệ N211/N2 khác nhauI (A)1

I2 (V) với N1/N =300/3002

I2 (V) với N1/N =300/1502

I2 (V) với N /N =150/30012

Bảng 4 Hiệu điện thế U tại các giá trị I khác nhau với biến thế “soft”22

I2(A) 0 0,04 0,08 0,13 0,17 0,22 0,26 0,3 0,33U2(V) 4 3,99 3,79 3,6 3,47 3,36 3,11 2,9 2,65P(W) 0 0,1596 0,3032 0,468 0,5899 0,7392 0,8086 0,87 0,8745I2(A) 0,36 0,4 0,42 0,468 0,48 0,5 0,53 0,55 0,59U2(V) 2,49 2,32 2,15 2 1,71 1,65 1,36 1,23 0,9P(W) 0,8964 0,928 0,903 0,936 0,8208 0,825 0,7208 0,6765 0,531

Bảng 5.Hiệu điện thế U tại các giá trị I khác nhau với biến thế “hard”22

I2(A) 0 0,1 0,16 0,22 0,28 0,34 0,4 0,45 0,53U2(V) 4,01 3,72 3,6 3,35 3,15 3,01 2,71 2,5 2,32P(W) 0 0,372 0,576 0,737 0,882 1,0234 1,084 1,125 1,2296I2(A) 0,58 0,62 0,7 0,75 0,8 0,86 0,93 1 1,05U2(V) 2,18 2,05 1,8 1,63 1,47 1,24 1,1 0,78 0,66P(W) 1,2644 1,271 1,26 1,2225 1,176 1,0664 1,023 0,78 0,693

Sự phụ thuộc của I vào I với ba tỷ lệ 2 1

N /N12 khác nhau

y = 0,9945x + 0,004 N1/N2=300/300N1/N2=300/150 N1/N2=150/300

I (A)1

y = 0,557x - 0,0153y = 1,9971x - 0,0107

Nhận xét: từ đồ thị ta thấy I tăng thì U lại giảm và nhìn rõ thấy U giảm của biến thế222Soft nhanh hơn của biến thế Hard.

Xác định giá trị (I;Pmax):

(I;Pmax) của biến thế Hard là (0.62 ;1.271) (I;Pmax) của biến thế Soft là (0.4;0.936).

Sự phụ thuộc của U vào I của biến thế 2 2

“soft” và “hard”

y = -3,2325x + 4,0479

SoftHard0,2

Phân biệt biến thế cô lập và biến thế tự ngẫu

Biến thể tự ngẫu:

Máy biến áp tự ngẫu chỉ có 1 cuộn dây có ít nhất 3 đầu dây nơi kết nối điện, hoạt động độc lập theo nguyên lý từ trường biến thiên, hay có thể hiểu là ở máy biếnáp tự ngẫu, 2 cuộn dây sơ cấp và thứ cấp được nối tiếp với nhau thành chung 1 cuộn dây Biến áp tự ngẫu có thiết kế nhỏ gọn, tiết kiệm chi phí hơn biến áp cách ly và các loại máy biến áp có 2 cuộn dây.

Máy biến áp tự ngẫu hoạt động theo nguyên lý từ trường biến thiên Có nghĩalà, khi dòng điện xoay chiều có điện áp nhất định được đưa vào cuộn sơ cấp sẽ tạo ra từ trường biến thiên nằm giữa các lõi dây Từ trường tạo ra một sức điện động làm biến thiên hiệu điện thế ở cuộn sơ cấp thành hiệu điện thế ở cuộn thứ cấp Điệnáp của dòng điện xoay chiều dao động dựa vào sự chênh lệch giữa số vòng dây cuốn các cuộn sơ cấp và thứ cấp

Biến thể cô lập

Máy biến áp cô lập có cấu tạo gồm cuộn dây sơ cấp và cuộn dây thứ cấp chỉliên kết với nhau qua từ trường, 2 cuộn dây tách rời nên có sự độc lập về điện, hoạt động theo nguyên lý cảm ứng điện từ Bất kỳ điểm nào nằm trên cuộn thứ cấp đều có hiệu điện thế bằng 0 so với mặt đất Do vậy, ưu điểm lớn nhất của biến áp cô lập đó là giúp hạn chế nguy cơ rò rỉ điện ở phần vỏ thiết bị và đem lại sự an toàn trong quá trình sử dụng.

Máy biến áp cô lập hoạt động theo nguyên lý cảm ứng điện từ Khi dòng điệnxoay chiều có điện áp nhất định được đưa vào cuộn sơ cấp tạo ra từ trường biến thiên nằm giữa các lõi dây Từ trường tạo ra một sức điện động cảm ứng ở phạm vicuộn thứ cấp dẫn đến sự hình thành dòng điện xoay chiều cách ly có hiệu điện thế xoay chiều Điện áp của dòng điện xoay chiều dao động dựa vào sự chênh lệch giữa số vòng dây cuốn các cuộn sơ cấp và thứ cấp.