Загальна інформація
Застосування
Трансформаторна підстанція
Трансформатор - це електронний елемент, здатний перетворювати змінну напругу. За його допомогою напругу можна перетворити на вищу або нижчу. Трансформатор здебільшого складається з двох котушок, намотаних на залізному осердю. Трансформатори трапляються переважно в системах електропостачання, а також у багатьох технічних пристроях - наприклад, у блоках живлення, потрібних для заряджання смартфонів і ноутбуків.
Інша інформація (1/3)
Попередні знання
Потрібні базові знання про прості електричні кола та про магнетизм (сили між магнітами, магнітні полюси, магнітні поля тощо).
Принцип
Для навантаженого трансформатора при великому навантаженні справджується:
Інша інформація (2/3)
Навчальна мета
Учні мають виробити розуміння того, як відбувається перетворення сили струму.
Завдання
Треба дослідити, як за допомогою трансформатора можна перетворити задані змінні струми на більші або менші і які закономірності при цьому діють.
Інша інформація (3/3)
На уроці варто не «підганяти» виміряні значення під рівняння , а працювати з наближенням , яке справджується в дійсності.
Учні мають побачити, що значення часток тим ближчі одне до одного, чим більше навантаження трансформатора. Якщо для досліду немає трьох демонстраційних вимірювальних приладів, то після вимірювання прилад щоразу треба перемкнути на вимірювання напруги у вторинному колі. Коли в техніці потрібні великі сили струму, наприклад для зварювальних апаратів або електричних плавильних печей, то застосовують так звані сильнострумові трансформатори, вторинні котушки яких мають лише кілька витків із дроту великого діаметра, щоб перетворювати великі потужності з малими втратами.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Обладнання
Складання та виконання
Складання
- Збери дослід відповідно до рисунка.
- Використай спершу опір .
- притисни U-подібне осердя і ярмо міцно одне до одного за допомогою затискного гвинта. Вибери діапазони вимірювання ~ для , ~ для і ~ для .
Виконання
Увімкни регульований трансформатор і встанови ~ для первинної котушки.
Замкни вимикач.
Виміряй , і і занеси виміряні значення в таблицю.
Повтори ці вимірювання для опорів і і запиши відповідні виміряні значення.
При розімкненому вимикачі заміни модуль опору другим модулем з'єднувальним, прямим. Створи таким чином коротке замикання у вторинному колі.
Замкни вимикач і занеси виміряні значення в таблицю так само, як і раніше.
Спостереження та опрацювання результатів
Спостереження
~
Приклади результатів вимірювань наведено в таблиці 1.
Опрацювання результатів (1/2)
З виміряних значень у таблиці 1 видно, що напруга у вторинному колі зі зростанням навантаження, тобто зі зменшенням опору і відповідно зі зростанням сили струму, спадає.
Відношення зростає зі збільшенням навантаження і наближається до значення для використаного трансформатора.
Отже, для навантаженого трансформатора при великому навантаженні справджується:
.
Сили струму відносяться приблизно обернено до кількостей витків.
Опрацювання результатів (1/2)
Опрацювання результатів (2/2)
Для ідеального трансформатора характерно, що він перетворює електричну потужність без втрат, тобто справджується:
або ;
звідси випливає:
,
і через
,
дістаємо
.