Коэффициент трансформации

Программы: GCSE, Sek I/II

Открыть полную версию ↗

Цель

Выяснить, как напряжение на вторичной обмотке трансформатора зависит от числа витков обмоток.

Установка

Источник переменного напряжения 6 В, 50 Гц (синусоида) подключён к первичной обмотке трансформатора (500 витков, левая пара гнёзд). Вторичная обмотка (250 витков, правая пара) ни к чему не подключена. Над трансформатором — вольтметры в режиме AC: левый на первичной обмотке, правый на вторичной. Число витков напечатано на катушках; верхнее гнездо каждой пары — начало обмотки.

Ход работы

1. Запишите показания обоих вольтметров и число витков обеих катушек.
2. Вычислите отношение напряжений \(U_2 / U_1\) и отношение чисел витков \(N_2 / N_1\).
3. В карточке параметров трансформатора задайте 1000 витков вторичной обмотки. Запишите показания и снова сравните отношения.
4. Задайте 500 витков вторичной обмотки, затем 250 витков первичной обмотки, а потом 1000. Как меняется \(U_2\)?

Ожидаемый результат

Вольтметры в режиме AC показывают действующее значение: при амплитуде 6 В на первичной обмотке — 4,24 В. При 250 витках на вторичной обмотке получается 2,08 В, при 1000 витках — около 8,3 В: трансформатор понижающий или повышающий в зависимости от отношения чисел витков. При 500 витках на вторичной и 250 на первичной тоже около 8,3 В, при 1000 на первичной — около 2,1 В: важно отношение чисел витков, а не само их число. Отношение напряжений приблизительно равно отношению чисел витков, \(U_2 / U_1 \approx N_2 / N_1\). Оно на 2% меньше, потому что часть магнитного потока первичной обмотки не проходит через вторичную.

Вопросы

1. Сколько витков нужно на вторичной обмотке, чтобы получить 12 В из 4,24 В?
2. Чему равно отношение чисел витков в шаге 3? Трансформатор повышающий или понижающий?
3. Почему вторичная обмотка даёт напряжение, хотя она не соединена с первичной ни одним проводом?

Ответы

1. \(N_2 = N_1 \cdot U_2 / U_1\) = 500 · 12 / 4,24 ≈ 1415 витков. Трансформатор установки даёт на 2% меньше, чем следует из отношения чисел витков, поэтому в установке нужно около 1415 / 0,98 ≈ 1440 витков.
2. \(N_2 / N_1\) = 1000 / 500 = 2. На вторичной обмотке больше витков, чем на первичной, поэтому трансформатор повышающий: напряжение растёт с 4,24 В примерно до 8,3 В.
3. Переменный ток в первичной обмотке создаёт переменный магнитный поток, и стальной сердечник проводит этот поток через вторичную обмотку. Изменяющийся магнитный поток наводит напряжение в каждом витке вторичной обмотки (электромагнитная индукция), поэтому энергия передаётся через магнитное поле без всякого электрического контакта.