Інформація для вчителів
Опис
Принцип роботи трансформаторів засновано на явищі електромагнітної індукції і дуже широко використовуються в електротехніці.
Основним завданням трансформатора є перетворення вхідної напруги в іншу вихідну напругу. Окрім кількості витків котушок, що використовуються, важливу роль відіграє їхня конструкція, а також магнітна проникність матеріалу всередині котушок.
Експериментальна установка
Додаткова інформація для вчителів (1/3)
попередні знання
Принцип
Учні повинні мати базові знання про ЕРС індукції та знати, що індукційна напруга може бути згенерована без руху магнітного поля та індукційних котушок відносно одна одної, а також у разі, якщо індукційна котушка складається з частини змінного магнітного поля.
В ідеальному трансформаторі перетворення напруги залежить від відношення кількості витків ( первинна котушка, вторинна котушка). У разі реального трансформатора це співвідношення може бути застосовано лише приблизно:
Додаткова інформація для вчителів (2/3)
Мета навчання
Учні повинні вивчити принцип роботи трансформатора і зрозуміти, як перетворена напруга залежить від кількості витків котушок.
Завдання
Трансформатор використовується для перетворення заданої напруги змінного струму в більшу або меншу сторону. На основі цього розробляються відповідні закони.
Додаткова інформація для вчителів (3/3)
Примітки
Замикаючи і розмикаючи коло постійного струму з первинною обмоткою, учням буде легше зрозуміти принцип дії трансформатора. У цьому експерименті важливо, щоб діапазони вимірювань були встановлені правильно і завчасно.
Заплановані дослідження обмежуються ненавантаженим трансформатором.
Інструкції з техніки безпеки
До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Високовольтні лінії електропередач
Трансформатори використовуються скрізь, де потрібно змінити напругу.
Наприклад, вихідна напруга електростанції перетворюється на високу напругу для ліній електропередач на великі відстані, щоб мінімізувати втрати опору. Однак потім висока напруга повинна бути перетворена знову на звичайну номінальну напругу для споживачів / домогосподарств.
У цьому експерименті Ви дізнаєтеся, як підвищувати та знижувати напругу за допомогою трансформатора.
Завдання
Зберіть трансформатор.
Перетворіть задану змінну напругу (збільшіть або зменшіть) та дослідіть, які закони застосовуються в цьому випадку.
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
| 2 | Аналоговий мультиметр, 600 В AC/DC, 10A AC/DC, 2 МОм, захист від перевантаження | 07021-11 | 2 |
| 3 | З'єднувальний, прямий, модуль SB | 05601-01 | 1 |
| 4 | З'єднувальний, кутовий, модуль SB | 05601-02 | 2 |
| 5 | З'єднувальний, розімкнутий, модуль SB | 05601-04 | 2 |
| 6 | З'єднувальний, кутовий з роз'ємом, модуль SB | 05601-12 | 2 |
| 7 | Вимикач вкл./викл., модуль SB | 05602-01 | 1 |
| 8 | Котушка, 400 витків | 07829-01 | 2 |
| 9 | Котушка, 1600 витків | 07830-01 | 1 |
| 10 | U-подібний сердечник | 07832-00 | 1 |
| 11 | Ярмо | 07833-00 | 1 |
| 12 | Затискний штифт | 07834-00 | 1 |
| 13 | З'єднувальний провідник, 250 мм, червоний | 07360-01 | 2 |
| 14 | З'єднувальний провідник, 250 мм, синій | 07360-04 | 2 |
| 15 | З'єднувальний провідник, 500 мм, червоний | 07361-01 | 2 |
| 16 | З'єднувальний провідник, 500 мм, синій | 07361-04 | 2 |
Підготовка (1/2)
Покладіть ярмо відкритою поверхнею на подібне осердя і міцно з'єднайте його з затискним гвинтом. Первинна () і вторинна () обмотки трансформатора спочатку мають однакову кількість витків .
Підготовка (2/2)
Коли трансформатор повністю зібраний, проведіть експеримент відповідно до наведених нижче рисунків. Спочатку вимикач розімкнений. Обидва вимірювальні прилади увімкнені як вольтметри і налаштовані на діапазон вимірювання близько 10 В постійного струму. Спочатку встановіть на джерелі живлення напругу - 4 В постійного струму і силу струму - 2 А (праворуч) і увімкніть його.
Виконання роботи (1/2)
- Кілька разів замикайте і розмикайте вимикач і спостерігайте за показаннями вольтметра на вторинній обмотці.
- Тепер, при розімкненому вимикачі, виберіть діапазон вимірювання приблизно 10 В змінного струму і підключіть установку до джерела живлення 6 В змінного струму.
- Замкніть вимикач і виміряйте отримані напруги на первинній і на вторинній обмотках котушок. Запишіть результати вимірювань у протокол.
- Розімкніть вимикач і замініть вторинну котушку на котушку з 1600 витками. Виберіть на вольтметрі вторинної котушки діапазон вимірювання близько 30 В змінного струму, замкніть вимикач, виміряйте напруги на обох котушках, як і раніше, і також запишіть ці значення.
Виконання роботи (2/2)
- Розімкніть вимикач і поміняйте котушки місцями. Для цього повністю від'єднайте трансформатор і поверніть його на 180° так, щоб котушка з 1600 витками стала первинною. Знову встановіть діапазон вимірювання вторинної напруги на 10 В змінного струму.
- Замкніть вимикач і запишіть результати вимірювань для и .
- Встановіть вимірювальний діапазон вольтметра на первинній обмотці на 30 В змінного струму і підключіть електричне коло до джерела живлення (12 В змінного струму на блоці живлення). Виміряйте і запишіть виміряні значення для и .
- Зніміть ярмо і затискний гвинт з подібного осердя, виміряйте і знову запишіть значення для и .
- Нарешті, вимкніть джерело живлення.
Протокол
Таблиця 1
Занесіть результати вимірювань у таблицю, а потім обчисліть відношення напруг і відношення кількості витків для вимірювань з ярмом.
400 400
400 1600
1600 400
1600 400
1600 400
без ярма
Завдання 1
Вставте слова в пробіли. З ____, який під'єднаний до ____, напруга ____ лише під час його ввімкнення та вимкнення. Не залежить від: ____.
Завдання 2
Вставте слова в пробіли. Коли на трансформатор подається постійна напруга, у первинній обмотці ____ магнітне поле, яке ____ в залізне осердя і, таким чином, тимчасово ____ його. При вмиканні та вимиканні це змінює ____, в якому знаходиться вторинна котушка. Це, в свою чергу, створює ____ у вторинній котушці.
Завдання 3
Вставте слова в пробіли. Напруга ____ доти, доки змінюється ____, що охоплюється ____. При ____ магнітне поле весь час змінюється. Не залежить від: ____
Завдання 4
Питання
Завдання 5
Питання
Питання