Трансформатор і постійний струм

Програми: GCSE, Sek I/II

Відкрити повну версію ↗

Мета

Перевірити, чи працює трансформатор на постійному струмі, і побачити, що напруга у вторинній обмотці з’являється лише тоді, коли струм у первинній змінюється.

Установка

Джерело постійної напруги 6 В під’єднано через вимикач і амперметр до первинної обмотки трансформатора (2000 витків, опір 40 Ом). До вторинної обмотки (1400 витків) під’єднано лампочку 3,5 В / 0,5 Вт і вольтметр у режимі DC. Вимикач розімкнений.

Хід роботи

1. Замкніть вимикач. Спостерігайте за лампочкою та амперметром.
2. Зачекайте кілька секунд. Запишіть показання амперметра і вольтметра.
3. Розімкніть вимикач. Спостерігайте за лампочкою.
4. Повторіть дослід за меншої швидкості симуляції, щоб краще побачити спалахи.

Очікуваний результат

Після замикання вимикача струм у первинній обмотці зростає поступово, протягом частки секунди, і встановлюється на рівні близько 0,15 А: його обмежує опір обмотки. Магнітний потік змінюється повільно, індукована напруга мала, і лампочка ледь світиться — нитка розжарення тільки-но починає червоніти, що помітно лише в темряві. Поки струм сталий, вольтметр на вторинній обмотці показує 0, а лампочка не світиться. Після розмикання вимикача струм різко обривається, і лампочка яскраво спалахує — вдвічі яскравіше, ніж у номінальному режимі, — і гасне за чверть секунди: індукований струм — близько 0,2 А, у 1,4 раза більше за її номінальний струм. Напругу у вторинній обмотці індукує лише магнітний потік, що змінюється, тому трансформатор не працює на постійному струмі.

Струм у первинній обмотці обмежено не випадково. Осердя справжнього трансформатора на постійному струмі може насичуватися, і сильний струм під час розмикання перейшов би у вторинне коло відповідно до відношення чисел витків і спалив би лампочку.

Запитання

1. Чому під час розмикання вимикача лампочка спалахує яскравіше, ніж під час замикання?
2. Чому струм у первинній обмотці не зростає відразу після замикання?
3. Чому трансформатори використовують лише в колах змінного струму?

Відповіді

1. Під час замикання вимикача струм і магнітний потік зростають поступово, а повільна зміна потоку індукує лише невелику напругу. Під час розмикання первинний струм 0,15 А припиняється майже миттєво, і енергія, запасена в магнітному полі осердя, переходить у вторинне коло: потік підтримує через лампочку струм близько 0,15 А · 2000 / 1400 ≈ 0,2 А, у 1,4 раза більший за її номінальний струм.
2. Обмотка має 2000 витків на сталевому осерді, а отже, велику індуктивність. Струм зростає й створює дедалі більший магнітний потік, а цей потік індукує в обмотці напругу, яка протидіє зростанню струму (самоіндукція), тому струм наближається до 6 В / 40 Ом ≈ 0,15 А поступово.
3. Трансформатор передає енергію лише через магнітний потік, що змінюється; постійний струм створює сталий потік, і вторинна обмотка не дає напруги. До того ж на постійному струмі первинний струм обмежує лише опір обмотки: з первинною обмоткою за замовчуванням на 500 витків (2,5 Ом) джерело 6 В створило б у ній струм близько 1,9 А, і справжня обмотка перегрілася б.