Transformatör ve doğru akım

Öğretim programları: GCSE, Sek I/II

Tam sürümü aç ↗

Amaç

Transformatörün doğru akımla çalışıp çalışmadığını kontrol etmek ve ikincil sargıda yalnızca birincil sargıdaki akım değiştiğinde gerilim oluştuğunu görmek.

Düzenek

6 V'luk bir DC gerilim kaynağı, bir anahtar ve bir ampermetre üzerinden transformatörün birincil sargısına (2000 sarım, direnç 40 Ω) bağlıdır. İkincil sargıya (1400 sarım) 3,5 V / 0,5 W'lık bir ampul ve DC modunda bir voltmetre bağlıdır. Anahtar açıktır.

İşlem basamakları

1. Anahtarı kapatın. Ampulü ve ampermetreyi izleyin.
2. Birkaç saniye bekleyin. Ampermetrenin ve voltmetrenin gösterdiği değerleri kaydedin.
3. Anahtarı açın. Ampulü izleyin.
4. Parlamaları daha iyi görmek için deneyi daha düşük bir simülasyon hızında tekrarlayın.

Beklenen sonuç

Anahtar kapatıldığında birincil sargıdaki akım bir saniyeden kısa bir sürede yavaş yavaş artar ve yaklaşık 0,15 A'de sabitlenir: akımı sargının direnci sınırlar. Akı yavaş değişir, indüklenen gerilim küçüktür ve ampul zar zor yanar — filaman ancak hafifçe kızarır, bu da yalnızca karanlıkta fark edilir. Akım sabitken ikincil sargıdaki voltmetre 0 gösterir ve ampul yanmaz. Anahtar açıldığında akım aniden kesilir ve ampul bir an parlak bir ışık verir — nominal değerlerindekinin iki katı parlaklıkta — ve saniyenin dörtte biri içinde söner: indüklenen akım yaklaşık 0,2 A, yani ampulün nominal akımının 1,4 katıdır. İkincil sargıda gerilimi yalnızca değişen bir manyetik akı indükler, bu yüzden transformatör doğru akımla çalışmaz.

Birincil sargıdaki akımın sınırlı olması tesadüf değildir. Gerçek bir transformatörün çekirdeği doğru akımda doyuma ulaşabilir ve açma anındaki güçlü bir akım, sarım sayılarının oranında ikincil devreye geçerek ampulü yakıp bozardı.

Sorular

1. Anahtar açıldığında ampul neden kapatıldığındakinden daha güçlü parlar?
2. Birincil sargıdaki akım, anahtar kapatıldıktan sonra neden hemen yükselmez?
3. Transformatörler neden yalnızca AC devrelerinde kullanılır?

Cevaplar

1. Anahtar kapatıldığında akım ve manyetik akı yavaş yavaş artar; akının yavaş değişimi yalnızca küçük bir gerilim indükler. Anahtar açıldığında 0,15 A'lik birincil akım neredeyse anında durur ve çekirdeğin manyetik alanında depolanan enerji ikincil devreye geçer: akı, ampulden yaklaşık 0,15 A · 2000 / 1400 ≈ 0,2 A'lik bir akımın geçmesini sürdürür; bu, ampulün nominal akımının 1,4 katıdır.
2. Sargı çelik bir çekirdek üzerinde 2000 sarımdan oluşur ve bu yüzden endüktansı büyüktür. Artan akım artan bir manyetik akı oluşturur ve bu akı sargıda akımın artışına karşı koyan bir gerilim indükler (öz indüksiyon), bu yüzden akım 6 V / 40 Ω ≈ 0,15 A değerine yavaş yavaş yaklaşır.
3. Transformatör enerjiyi yalnızca değişen bir manyetik akı aracılığıyla aktarır; doğru akım sabit bir akı oluşturur ve ikincil sargı gerilim vermez. Doğru akımda birincil akımı ayrıca yalnızca sargının direnci sınırlar: varsayılan 500 sarımlı birincil sargıyla (2,5 Ω) 6 V'luk kaynak sargıdan yaklaşık 1,9 A geçirirdi ve gerçek bir sargı aşırı ısınırdı.