Rapporto di trasformazione

Programmi: GCSE, Sek I/II

Apri la versione completa ↗

Obiettivo

Scoprire come la tensione sull'avvolgimento secondario di un trasformatore dipenda dal numero di spire degli avvolgimenti.

Il montaggio

Un generatore di tensione alternata da 6 V, 50 Hz (onda sinusoidale) è collegato all'avvolgimento primario del trasformatore (500 spire, coppia di boccole a sinistra). L'avvolgimento secondario (250 spire, coppia a destra) non è collegato a nulla. Sopra il trasformatore ci sono voltmetri in modalità AC: quello di sinistra sull'avvolgimento primario, quello di destra sul secondario. Il numero di spire è stampato sulle bobine; la boccola superiore di ogni coppia è l'inizio dell'avvolgimento.

Procedimento

1. Annotare le letture dei due voltmetri e il numero di spire delle due bobine.
2. Calcolare il rapporto delle tensioni \(U_2 / U_1\) e il rapporto delle spire \(N_2 / N_1\).
3. Nel pannello dei parametri del trasformatore impostare Spire del secondario a 1000. Annotare le letture e confrontare di nuovo i rapporti.
4. Impostare Spire del secondario a 500, poi Spire del primario a 250, poi a 1000. Come cambia \(U_2\)?

Risultato atteso

I voltmetri in modalità AC mostrano il valore efficace: con un'ampiezza di 6 V, sull'avvolgimento primario si leggono 4,24 V. Con 250 spire sull'avvolgimento secondario si ottengono 2,08 V, con 1000 spire circa 8,3 V: il trasformatore è riduttore o elevatore a seconda del rapporto delle spire. Con 500 spire sul secondario e 250 sul primario si ottengono ancora circa 8,3 V, con 1000 sul primario circa 2,1 V: conta il rapporto delle spire, non il loro numero. Il rapporto delle tensioni è circa uguale al rapporto delle spire, \(U_2 / U_1 \approx N_2 / N_1\). È più basso del 2% perché una parte del flusso magnetico dell'avvolgimento primario non passa attraverso il secondario.

Domande

1. Quante spire servono sull'avvolgimento secondario per ottenere 12 V da 4,24 V?
2. Qual è il rapporto delle spire al punto 3? Il trasformatore è elevatore o riduttore?
3. Perché l'avvolgimento secondario dà una tensione anche se nessun filo lo collega al primario?

Risposte

1. \(N_2 = N_1 \cdot U_2 / U_1\) = 500 · 12 / 4,24 ≈ 1415 spire. Il trasformatore del banco dà il 2% in meno del rapporto delle spire, quindi sul banco servono circa 1415 / 0,98 ≈ 1440 spire.
2. \(N_2 / N_1\) = 1000 / 500 = 2. L'avvolgimento secondario ha più spire del primario, quindi il trasformatore è elevatore: la tensione sale da 4,24 V a circa 8,3 V.
3. La corrente alternata nell'avvolgimento primario crea un flusso magnetico alternato, e il nucleo d'acciaio porta questo flusso attraverso l'avvolgimento secondario. Un flusso magnetico variabile induce una tensione in ogni spira del secondario (induzione elettromagnetica), quindi l'energia passa attraverso il campo magnetico senza alcun contatto elettrico.