Máy biến áp (hình bên) là một thiết bị hoạt động theo nguyên lí cảm ứng điện từ nhằm thay đổi điện áp xoay chiều nhưng vẫn giữ nguyên tần số. Máy biến áp đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng. Cụ thể, để tối ưu hiệu suất của quá trình truyền tải điện năng đi xa và giảm thiểu hao phí trong quá trình này, việc sử dụng dòng điện xoay chiều với điện áp cao là cần thiết. Trước khi được truyền đi, điện áp cần được tăng lên thông qua máy biến áp. Khi đến nơi tiêu thụ như khu công nghiệp hoặc khu dân cư, điện áp được hạ xuống thông qua máy hạ áp phù hợp với nhu cầu sử dụng.

Cấu tạo của máy biến áp gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn như hình bên dưới. Lõi thép được chế tạo bởi vật liệu dẫn từ tốt, gồm nhiều lá thép ghép cách điện với nhau. Dây quấn thường làm bằng đồng hoặc nhôm, bên ngoài có bọc cách điện.

Nối cuộn dây sơ cấp của máy biến áp vào một điện áp xoay chiều
\[ u_1 = U_{01}\cos(\omega t + \varphi_{u1}) \ (\mathrm{V}) \]
thì trong cuộn sơ cấp sẽ xuất hiện dòng điện sơ cấp
\[ i_1 = I_{01}\cos(\omega t + \varphi_{i1}) \ (\mathrm{A}) \]
và sinh ra từ thông
\[ \Phi_1(t) = N_1 \Phi_0 \cos(\omega t + \varphi)\ (\mathrm{Wb}) \]
Từ thông này xuyên qua đồng thời cả hai cuộn dây sơ cấp ($N_1$ vòng) và thứ cấp ($N_2$ vòng). Bỏ qua điện trở của dây dẫn trong hai cuộn dây.

a) Dòng điện xuất hiện trong cuộn dây thứ cấp là dòng điện xoay chiều.

b) Biểu thức suất điện động xuất hiện trong cuộn dây thứ cấp là
\[ e_2 = N_2 \Phi_0 \omega \sin(\omega t + \varphi) \ (\mathrm{V}) \]

c) Nếu $N_1 < N_2$ thì máy biến áp này có chức năng là tăng áp lên $\dfrac{N_2}{N_1}$ lần.

d) Nếu dùng máy biến áp có $N_2 = n \cdot N_1$ để thay đổi giá trị điện áp trước khi truyền tải đi xa thì công suất hao phí do tỏa nhiệt trên dây tải điện sẽ giảm $2n$ lần.

Một học sinh dùng bếp điện để đun một ấm nhôm khối lượng $500\ \mathrm{g}$ đựng $1{,}4\ \ell$ nước ở nhiệt độ $25^\circ\mathrm{C}$. Sau $30$ phút đã có $25\%$ lượng nước trong ấm hóa hơi ở nhiệt độ sôi $100^\circ\mathrm{C}$. Biết nhiệt dung riêng của nhôm là $880\ \mathrm{J/(kg\cdot K)}$, của nước là $4200\ \mathrm{J/(kg\cdot K)}$; nhiệt hóa hơi riêng của nước ở nhiệt độ sôi là $2{,}26\cdot 10^6\ \mathrm{J/kg}$. Khối lượng riêng của nước là $1000\ \mathrm{kg/m^3}$. Hiệu suất của quá trình đun nước là $80\%$. Nhiệt lượng trung bình mà bếp điện cung cấp cho ấm nước trong mỗi giây bằng bao nhiêu $\mathrm{J}$ (làm tròn đến hàng chục)?

Đồ thị sau đây biểu diễn sự biến thiên của từ thông xuyên qua tiết diện của một cuộn dây dẫn phẳng theo thời gian. Biết từ thông xuyên qua tiết diện của cuộn dây dẫn biến đổi chỉ do độ lớn cảm ứng từ của từ trường thay đổi và từ trường này có các đường sức từ vuông góc với mặt phẳng cuộn dây; tiết diện của cuộn dây là $50\cdot 10^{-4}\ \mathrm{m^2}$ và cuộn dây có $2025$ vòng dây. Độ lớn cực đại của cảm ứng từ bằng bao nhiêu $\mathrm{T}$ (làm tròn kết quả đến chữ số hàng phần trăm)?

Một bình kín có vỏ cách nhiệt được chia làm hai phần bởi một lớp ngăn mỏng, cách nhiệt. Ở hai phần của bình, chứa hai chất lỏng không tác dụng hóa học với nhau và có các thông số sau:
Khối lượng lần lượt $m_1, m_2$ (kg); nhiệt dung riêng lần lượt $c_1, c_2$ (J/(kg.K)); nhiệt độ ban đầu lần lượt $t_1, t_2$ ($^\circ C$). Sau khi lớp ngăn được phá bỏ, nhiệt độ khi cân bằng của hỗn hợp là $t$ ($^\circ C$). Biết rằng, $3(t_1 - t) = t_1 - t_2$. Tỉ số $\dfrac{m_1}{m_2}$ bằng

Sạc điện thoại không dây hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ như máy biến áp. Ở đế sạc có cuộn dây được nối với dòng điện xoay chiều, đóng vai trò như cuộn sơ cấp. Phía sau của điện thoại có cuộn dây được nối với pin, đóng vai trò như cuộn thứ cấp như hình bên. Khi đặt mặt sau của điện thoại lên mặt trên của đế sạc thì hai cuộn dây này được đặt cạnh nhau. Dòng điện xoay chiều qua cuộn dây của đế sạc biến thiên sẽ sinh ra suất điện động cảm ứng trong cuộn dây để sạc pin điện thoại. Người ta đo được cường độ dòng điện chạy qua cuộn dây nối với pin điện thoại và hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn dây lần lượt là $1\ \mathrm{A}$, $5\ \mathrm{V}$. Nhiệt lượng do cuộn dây này tỏa ra trong $30$ phút bằng bao nhiêu $\mathrm{J}$?