Опыт 8.

«Трансформатор»

     Трансформатором называется устройство, преобразующее переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты.

   Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции.

Простейший трансформатор состоит из стального магнитопровода  (рис. 1) и двух расположенных на нем обмоток I и II. Обмотки выполнены из изолированного провода и электрически не связаны. К одной из обмоток подается электрическая энергия от источника переменного тока U₁ . Эту обмотку называют первичной. К другой обмотке, называемой вторичной с напряжением U₂ , подключаются потребители.

    При подключении трансформатора к источнику переменного тока (электрической сети) в витках его первичной обмотки протекает переменный ток i₁, образуя переменный магнитный поток Ф.     Этот поток проходит по магнитопроводу  трансформатора и, пронизывая витки вторичной  обмотки, индуцирует в ней  переменную  е₂ = U₂                    

       . Рис.1.

     Отношение напряжения  на первичной обмотке U₁ к напряжению на вторичной обмотке  U₂ называется коэффициентом трансформации. Это относится и к числу витков в первичной и во вторичной обмотках, т.е.   К = U₁/ U₂ = N₁/ N₂.

     Таким образом, подбирая требуемое соотношение между числами витков первичной и вторичной обмоток, можно увеличивать или уменьшать напряжение на приемнике, подключенном к вторичной обмотке. Если необходимо на вторичной обмотке получить напряжение большее, чем подается на первичную, то применяют повышающие трансформаторы, у которых число витков во вторичной обмотке больше, чем в первичной.

 Отличительной особенностью трансформатора является высокий коэффициент полезного действия   90% – 95%.

Опыт 1. Понижающий трансформатор.

    Для демонстрации работы понижающего трансформатора соберем установку состоящую из ферромагнитного сердечника для трансформатора, катушки индуктивности на 220 В, тестовой катушки с проводом ( 20 витков) замкнутую на  низковольтную лампочку.

  На левую часть сердечник поместим первичную обмотку рассчитанную на 220 В. На правую часть сердечника поместим тестовую катушку с электрической лампочкой ( рис.2).

Включаем первичную обмотку в электрическую сеть. Низковольтная лампочка загорается.

Проблема. Почему лампочка загорелась ?

Рис.2.

Ответ. При включении первичной катушки в электрическую сеть, переменный электрический ток создает около нее переменное магнитное поле. Это переменное магнитное поле усиливается ферромагнитным сердечником и создает переменное поле у правой части сердечника, на который помещена обмотка, содержащая несколько витков провода замкнутая на лампочку. Это переменное магнитное поле по закону электромагнитной индукции создает на концах обмотки напряжение равное ЭДС индукции и лампочка загорается. Так как число витков во вторичной обмотке трансформатора намного меньше чем в первичной, то низковольная лампочка горит нормальным накалом не перегорая.

Опыт 2. Повышающий трансформатор.

   В качестве повышающего трансформатора рассмотрим катушку Румкорфа. Первичная обмотка катушки состоит из 100 витков медной проволоки. Вторичная обмотка имеет 10 000 витков тонкой проволоки. Обе обмотки имеют общий ферромагнитный сердечник.

  Таким образом, катушка Румкорфа представляет повышающий трансформатор ( рис.3).

Рис.3.

  Первичная обмотка подключается к источнику постоянного тока через прерыватель.    Прерыватель нужен для того чтобы превратить постоянный электрический ток в пульсирующий.

Подключим первичную обмотку к источнику постоянного тока напряжением 12 В. В результате работы прерывателя,  по первичной обмотке потечет пульсирующий электрический ток.  Этот ток создаст около нее переменное магнитное поле, которое усилится ферромагнитным сердечником. Так как вторичная обмотка находится на этом же сердечнике, то около нее тоже изменяется магнитное поле и, вследствие электромагнитной индукции, на электродах, подключенных к концам вторичной обмотки индуцируется высокое напряжение и между электродами возникает электрическая искра.

Проблема. Почему ? 

Ответ. Между электродами возникает электрическая искра потому, что  ЭДС индукции, возникающая на электродах будет составлять около 100 000 В. Расстояние между электродами, подключенными к вторичной обмотке порядка 5 см. А известно, что 1 мм воздуха при нормальном атмосферном давлении пробивается напряжением в 1 кВ. Следовательно, между электродами возникнет электрическая искра.