Коефіцієнт трансформації

Програми: GCSE, Sek I/II

Відкрити повну версію ↗

Мета

З’ясувати, як напруга на вторинній обмотці трансформатора залежить від кількості витків обмоток.

Установка

Джерело змінної напруги 6 В, 50 Гц (синусоїда) під’єднано до первинної обмотки трансформатора (500 витків, ліва пара гнізд). Вторинна обмотка (250 витків, права пара) ні до чого не під’єднана. Над трансформатором — вольтметри в режимі AC: лівий — на первинній обмотці, правий — на вторинній. Кількість витків надруковано на котушках; верхнє гніздо кожної пари — початок обмотки.

Хід роботи

1. Запишіть показання обох вольтметрів і кількість витків обох котушок.
2. Обчисліть відношення напруг \(U_2 / U_1\) і відношення чисел витків \(N_2 / N_1\).
3. У картці параметрів трансформатора встановіть для параметра Витки вторинної обмотки значення 1000. Запишіть показання і знову порівняйте відношення.
4. Установіть для параметра Витки вторинної обмотки значення 500, потім для параметра Витки первинної обмотки — 250, а потім 1000. Як змінюється \(U_2\)?

Очікуваний результат

Вольтметри в режимі AC показують діюче значення: за амплітуди 6 В на первинній обмотці — 4,24 В. З 250 витками на вторинній обмотці виходить 2,08 В, з 1000 витками — близько 8,3 В: трансформатор знижувальний або підвищувальний залежно від відношення чисел витків. З 500 витками на вторинній і 250 на первинній теж близько 8,3 В, з 1000 на первинній — близько 2,1 В: має значення відношення чисел витків, а не їхня кількість. Відношення напруг приблизно дорівнює відношенню чисел витків, \(U_2 / U_1 \approx N_2 / N_1\). Воно на 2% менше, бо частина магнітного потоку первинної обмотки не проходить крізь вторинну.

Запитання

1. Скільки витків потрібно на вторинній обмотці, щоб отримати 12 В з 4,24 В?
2. Яке відношення чисел витків у пункті 3? Трансформатор підвищувальний чи знижувальний?
3. Чому вторинна обмотка дає напругу, хоча її не з’єднано з первинною жодним проводом?

Відповіді

1. \(N_2 = N_1 \cdot U_2 / U_1\) = 500 · 12 / 4,24 ≈ 1415 витків. Трансформатор установки дає на 2% менше, ніж відношення чисел витків, тому в установці потрібно близько 1415 / 0,98 ≈ 1440 витків.
2. \(N_2 / N_1\) = 1000 / 500 = 2. Вторинна обмотка має більше витків, ніж первинна, тому трансформатор підвищувальний: напруга зростає з 4,24 В приблизно до 8,3 В.
3. Змінний струм у первинній обмотці створює змінний магнітний потік, і сталеве осердя проводить цей потік крізь вторинну обмотку. Магнітний потік, що змінюється, індукує напругу в кожному витку вторинної обмотки (електромагнітна індукція), тому енергія передається через магнітне поле без жодного електричного контакту.