ГДЗ.Физика 11. класс.Рымкевич.Глава 11.Электромагнитная индукция.Задание 926.Как изменяется яркость лампочки – Рамблер/класс
ГДЗ.Физика 11. класс.Рымкевич.Глава 11.Электромагнитная индукция.Задание 926.Как изменяется яркость лампочки – Рамблер/классИнтересные вопросы
Школа
Подскажите, как бороться с грубым отношением одноклассников к моему ребенку?
Новости
Поделитесь, сколько вы потратили на подготовку ребенка к учебному году?
Школа
Объясните, это правда, что родители теперь будут информироваться о снижении успеваемости в школе?
Школа
Когда в 2018 году намечено проведение основного периода ЕГЭ?
Новости
Будет ли как-то улучшаться система проверки и организации итоговых сочинений?
Вузы
Подскажите, почему закрыли прием в Московский институт телевидения и радиовещания «Останкино»?
Кто сможет решить ?
Последовательно с катушкой школьного трансформа-
карманного фонаря.
В цепь подано такое напряжение, что лам-почка горит в полный накал. Как изменяется яркость лампоч-
ки, если: а) сердечник замкнуть ярмом; б) некоторое время
держать ярмо неподвижным; в) вынуть ярмо? При возможнос-
ти проверьте на опыте, положив на сердечник спичку (иначе
ярмо трудно оторвать от сердечника).
ответы
Я могу решить:
при замыкании сердечника трансформатора
начнется увеличение магнитного потока во вторичной
обмотке и формирование в ней ЭДС индукции. Со-
гласно правилу Ленца, эти процессы должны ослаб-
лять вызвавший их ток в первичной обмотке. Поэто-
му накал лампочки несколько уменьшится (Р = I2R).
Однако после установления магнитного потока во вто-
ричной обмотке эти индуктивные явления исчезнут,
и ток, а с ним и накал лампочки восстановятся, так
как сила постоянного тока не зависит от индуктив-
процессы, согласно правилу Ленца, будут стремиться
поддержать магнитный поток в трансформаторе за
счет увеличения силы тока в первичной обмотке
ваш ответ
Можно ввести 4000 cимволов
отправить
дежурный
Нажимая кнопку «отправить», вы принимаете условия пользовательского соглашения
похожие темы
Юмор
Олимпиады
ЕГЭ
Компьютерные игры
похожие вопросы 5
ГДЗ.
Физика 11. класс.Рымкевич.Глава 10.Электрический ток в различных средах..Задание 865. Во сколько раз со- противление освещенного фоторезистора
Кто сможет решить ?
На рисунке 40 приведены графики зависимости силы
ГДЗФизика11 классРымкевич А.П.
помогите найти гдз 15 вариант со страницы 81
(Подробнее…)
9 классЕГЭОГЭГИАГДЗУчебникиУчителяЭкзаменыВыпускнойДосуг
Выполните деление. ГДЗ Математика 6 класс Чесноков. Дидактические материалы по математике для 6 класса. Вар.1 Вопр.161
Кто сможет? Выполните деление:
(Подробнее…)
ГДЗМатематика6 классЧесноков А.С.
№ 77. ГДЗ Физика 10 класс Рымкевич. Какую скорость приобрел троллейбус?
Троллейбус за время t прошел путь s. Какую скорость v приобрел он в конце пути и с каким ускорением а двигался, если начальная скорость (Подробнее.
..)
ГДЗФизика10 классРымкевич А.П.
№ 113. ГДЗ Физика 10 класс Рымкевич. Действия каких сил компенсируются?
Парашютист спускается, двигаясь равномерно и прямолинейно. Объяснить, действия каких сил компенсируются.
ГДЗФизика10 классРымкевич А.П.
| 4494. Найти сопротивление полупроводникового диода в прямом и обратном направлениях тока, если при напряжении на диоде 0,5 В сила тока 5 мА, а при напряжении — 10 В сила тока 0,1 мА. |
| 4495. В усилителе, собранном на транзисторе по схеме с общей базой, сила тока в цепи эмиттера равна 12 мА, в цепи базы 600 мкА. Найти силу тока в цепи коллектора. |
| 4496. При какой наименьшей скорости электрон может вылететь из серебра? |
4497. Скорость электрона при выходе с поверхности катода, покрытого оксидом бария, уменьшилась в два раза. |
| 4498. В диоде электрон подходит к аноду со скоростью 8 Мм/с. Найти анодное напряжение. |
| 4499. В телевизионном кинескопе ускоряющее анодное напряжение равно 16 кВ, а расстояние от анода до экрана составляет 30 см. За какое время электроны проходят это расстояние? |
| 4500. Расстояние между катодом и анодом диода равно 1 см. Сколько времени движется электрон от катода к аноду при анодном напряжении 440 В? Движение считать равноускоренным. |
| 4501. В электронно-лучевой трубке поток электронов с кинетической энергией = 8 кэВ движется между пластинами плоского конденсатора длиной х = 4 см. Расстояние между пластинами d = 2 см. Какое напряжение надо подать на пластины конденсатора, чтобы смещение электронного пучка на выходе из конденсатора оказалось равным у = 0,8 см? |
4502. В электронно-лучевой трубке поток электронов ускоряется полем с разностью потенциалов U = 5 кВ и попадает в пространство между вертикально отклоняющими пластинами длиной х = 5 см, напряженность поля между которыми Е = 40 кВ/м. Найти вертикальное смещение у луча на выходе из пространства между пластинами.
|
| 4503. Электрическую лампу включили в сеть последовательно с электролитической ванной, наполненной слабым раствором поваренной соли. Изменится ли накал лампы, если добавить в раствор еще некоторое количество соли? При возможности проверьте свой ответ на опыте. |
4504. Электрический ток пропускают через электролитическую ванну, наполненную раствором медного купороса. Угольные электроды погружены в раствор приблизительно на половину своей длины. Как изменится масса меди, выделяющейся на катоде за один и тот же небольшой промежуток времени, если: а) заменить угольный анод медным такой же формы и объема; б) заменить угольный катод медным; в) увеличить напряжение на электродах; г) долить электролит той же концентрации; д) увеличить концентрацию раствора; е) сблизить электроды; ж) уменьшить погруженную часть анода; з) уменьшить погруженную часть катода; и) нагреть раствор электролита? При возможности проверьте сделанные выводы на опыте (о массе выделяющейся меди можно судить по показаниям амперметра). |
| 4505. Две одинаковые электролитические ванны (А и В) наполнены раствором медного купороса. Концентрация раствора в ванне А больше, чем в ванне В. В какой из ванн выделится больше меди, если их соединить последовательно? параллельно? |
| 4506. Сколько времени t (в минутах) длится покрытие изделия слоем металла массой m при силе тока I? |
| 4507. При проведении опыта по определению электрохимического эквивалента меди были получены следующие данные: время прохождения тока 20 мин, сила тока 0,5 А, масса катода до опыта 70,4 г, масса после опыта 70,58 г. Какое значение электрохимического эквивалента меди было получено по этим данным? |
| 4508. Последовательно с электролитической ванной, заполненной солью никеля, включена ванна, в которой находится соль хрома. После размыкания цепи в первой ванне выделилось 10 г никеля. Сколько хрома выделилось во второй ванне? |
4509. Найти электрохимические эквиваленты двух- и трехвалентного кобальта.
|
| 4510. Зная электрохимический эквивалент серебра, вычислить электрохимический эквивалент золота. |
| 4511. Сравнить массы трехвалентного железа и двухвалентного магния, выделенные на катодах при последовательном соединении электролитических ванн. |
| 4512. Какое количество вещества осядет на катоде из соли любого двухвалентного металла за 40 мин при силе тока 4 А? Проверьте решение на примере меди, электрохимический эквивалент которой 0,33 мг/Кл |
| 4513. При электрическом получении алюминия используются ванны, работающие под напряжением 5 В при силе тока 40 кЛ. Сколько требуется времени для получения 1 т алюминия и каков при этом расход энергии? |
4514. Сравнить затраты электроэнергии на получение электролитическим путем одинаковых масс алюминия и меди, если по нормам напряжение на ванне при получении алюминия в 14 раз больше, чем при рафинировании меди.
|
| 4515. Каков расход энергии на рафинирование 1 т меди, если напряженке на электролитической ванне по техническим нормам равно 0,4 В? |
| 4516. Сколько электроэнергии надо затратить для получения 2,5 л водорода при температуре 25 °С и давлении 100 кПа, если электролиз ведется при напряжении 5 В и КПД установки 75%? |
| 4517. Деталь надо покрыть слоем хрома толщиной 50 мкм. Сколько времени потребуется для покрытия, если норма плотности тока при хромировании 2 кА/м2? |
| 4518. В технических справочниках по применению гальваностегии приводится величина h/jt, характеризующая скорость роста толщины h покрытия при единичной плотности тока j. Доказать, что эта величина равна отношению электрохимического эквивалента k данного металла к его плотности р. |
4519. Используя решение предыдущей задачи, рассчитать толщину слоя, осевшего на изделие за 1 ч, при лужении (покрытие оловом) и серебрении, если при лужении применяется плотность тока 1 А/дм2, а при серебрении — 0,5 А/дм2. -18 Дж. Поле считать однородным.
|
| 4523. Плоский конденсатор подключен к источнику напряжением 6 кВ. При каком расстоянии между пластинами произойдет пробой, если ударная ионизация воздуха начинается при напряженности поля 3 МВ/м? |
| 4524. Если, не изменяя расстояния между разрядниками электрофорной машины и поддерживая примерно постоянную частоту вращения, отключить при помощи соединительного стержня конденсаторы (лейденские банки), то характер разряда существенно изменится: вместо мощной искры, проскакивающей через заметные промежутки времени, будет очень часто проскакивать слабая искра. Объясните причину явления. При возможности проверьте на опыте. |
| 4525. Молния представляет собой прерывистый разряд, состоящий из отдельных импульсов длительностью примерно1 мс. Заряд, проходящий по каналу молнии за один импульс, равен 20 Кл, а среднее напряжение на концах канала равно2 ГВ. Какова сила тока и мощность одного импульса? Какая энергия выделяется при вспышке молнии, если она состоит из 5 разрядов? |
4526. -18 Дж. Энергия ионизации кислорода меньше.
|
| 4529. На рисунке 96 приведены различные случаи электромагнитной индукции. Сформулировать и решить задачу для каждого случая. |
| 4530. Будет ли в рамке ABCD (рис. 97) возникать индукционный ток, если рамку: а) вращать относительно неподвижного проводника с током ОС, как показано на рисунке; б) вращать вокруг стороны АВ; в) вращать вокруг стороны ВС; г) двигать поступательно в вертикальном направлении; д) двигать поступательно в горизонтальном направлении? |
| 4531. Три одинаковых полосовых магнита падают в вертикальном положении одновременно с одной высоты. Первый падает свободно, второй во время падения проходит сквозь незамкнутый соленоид, третий — сквозь замкнутый соленоид. Сравнить время падения магнитов. Ответы обосновать на основании правила Ленда и закона сохранения анергии. |
4532. Найти направление индукционного тока, возникающего в витке В (рис. 98), если в цепи витка А ключ замыкают и если этот ключ размыкают. Указать также направление индукционного тока, если при замкнутом ключе скользящий контакт реостата передвигают вправо или его передвигают влево. _
|
| 4533. Если вращать магнит (рис. 99), то замкнутый виток проволоки, укрепленный на оси, начинает вращаться. Объяснить явление и определить направление вращения витка. |
| 4534. Если клеммы двух демонстрационных гальванометров соединить проводами и затем покачиванием одного из приборов вызвать колебание его стрелки, то и у другого прибора стрелка тоже начнет колебаться. Объясните опыт и при возможности проверьте. |
| 4535. Почему колебания стрелки компаса быстрее затухают, если корпус прибора латунный, и медленнее, если корпус прибора пластмассовый? |
4536. Объяснить принцип торможения трамвая» когда водитель, отключив двигатель от контактной сети (рис. 100), переводит его в режим генератора (ключ переводится из положения 1 в положение 2). Как зависит ускорение (быстрота торможения) трамвая: а) от нагрузки (сопротивления резистора) при данной скорости движения трамвая; б) от скорости трамвая при данной нагрузке?
|
| 4537. По какому закону должен изменяться магнитный поток в зависимости от времени, чтобы ЭДС индукции, возникающая в контуре, оставалась постоянной? |
| 4538. За 5 мс магнитный поток, пронизывающий контур, убывает с 9 до 4 мВб. Найти ЭДС индукции в контуре. |
| 4539. Найти скорость изменения магнитного потока в соленоиде из 2000 витков при возбуждении в нем ЭДС индукции 120 В. |
| 4540. Сколько витков должна содержать катушка с площадью поперечного сечения 50 см2, чтобы при изменении магнитной индукции от 0,2 до 0,3 Тл в течение 4 мс в ней возбуждалась ЭДС 10 В? |
4541. Внутри витка радиусом 5 см магнитный поток изменился на 18,6 мВб за 5,9 мс. Найти напряженность вихревого электрического поля в витке.
|
| 4542. Какой заряд q пройдет через поперечное сечение витка, сопротивление которого R = 0,03 Ом, при уменьшении магнитного потока внутри витка на dФ = 12 мВб? |
| 4543. В магнитное поле индукцией В = 0,1 Тл помещен контур, выполненный в форме кругового витка радиусом R = 3,4 см. Виток сделан из медной проволоки, площадь поперечного сечения которой S = 1 мм2. Нормаль к плоскости витка совпадает с линиями индукции поля. Какой заряд пройдет через поперечное сечение витка при исчезновении поля? |
| 4544. В витке, выполненном из алюминиевого провода длиной 10 см и площадью поперечного сечения 1,4 мм2, скорость изменения магнитного потока 10 мВб/с. Найти силу индукционного тока. |
4545. Найти ЭДС индукции в проводнике с длиной активной части 0,25 м, перемещающемся в однородном магнитном поле индукцией 8 мТл со скоростью 5 м/с под углом 30° к вектору магнитной индукции.
|
| 4546. С какой скоростью надо перемещать проводник, длина активной части которого 1 м, под углом 60° к линиям индукции магнитного поля, чтобы в проводнике возбуждалась ЭДС индукции 1 В? Индукция магнитного поля равна 0,2 Тл. |
| 4547. Проводник MN (рис. 101) с длиной активной части 1 м и сопротивлением 2 Ом находится в однородном магнитном поле индукцией 0,1 Тл. Проводник подключен к источнику с ЭДС 1 В (внутренним сопротивлением источника и сопротивлением подводящих проводников пренебречь). Какова сила тока в проводнике, если: а) проводник покоится; б) проводник движется вправо со скоростью 4 м/с; в) проводник движется влево с такой же по модулю скоростью? В каком направлении и с какой скоростью надо перемещать проводник, чтобы через него не шел ток? |
| 4548. Какова индуктивность контура, если при силе тока 5А в нем возникает магнитный поток 0,5 мВб? |
4549. Какой магнитный поток возникает в контуре индуктивностью 0,2 мГн при силе тока 10 А?
|
| 4550. Найти индуктивность проводника, в котором равномерное изменение силы тока на 2 А в течение 0,25 с возбуждает ЭДС самоиндукции 20 мВ. |
| 4551. Какая ЭДС самоиндукции возбуждается в обмотке электромагнита индуктивностью 0,4 Гн при равномерном изменении силы тока в ней на 5 А за 0,02 с? |
| 4552. Почему отключение от питающей сети мощных электродвигателей производят плавно и медленно при помощи реостата? |
4553. Последовательно с катушкой школьного трансформатора, надетой на разомкнутый сердечник, включена лампочка от карманного фонаря. В цепь подано такое напряжение, что лампочка горит в полный накал. Как изменяется яркость лампочки, если: а) сердечник замкнуть ярмом; б) некоторое время держать ярмо неподвижным; в) вынуть ярмо? При возможности проверьте на опыте, положив на сердечник спичку (иначе ярмо трудно оторвать от сердечника).
|
| 4554. В катушке индуктивностью 0,6 Гн сила тока равна 20 А. Какова энергия магнитного поля этой катушки? Как изменится энергия поля, если сила тока уменьшится вдвое? |
| 4555. Какой должна быть сила тока в обмотке дросселя индуктивностью 0,5 Гн, чтобы энергия поля оказалась равной 1 Дж? |
| 4556. Найти энергию магнитного поля соленоида, в котором при силе тока 10 А возникает магнитный поток 0,5 Вб. |
| 4557. При изменении силы тока в электромагните с I1 до I2 энергия магнитного поля изменилась на dW. Найти индуктивность электромагнита. |
| 4558. При изменении силы тока в катушке, индуктивность которой L, в n раз энергия магнитного поля изменилась на dW. Найти начальные значения энергии W1 и силы тока I1. |
4559. Начальный заряд, сообщенный конденсатору колебательного контура, уменьшили в два раза. Во сколько раз изменились: а) амплитуда напряжения; б) амплитуда силы тока; в) суммарная энергия электрического поля конденсатора и магнитного поля катушки?
|
| 4560. При увеличении напряжения на конденсаторе колебательного контура на 20 В амплитуда силы тока увеличилась в 2 раза. Найти начальное напряжение. |
| 4561. В колебательном контуре индуктивность катушки равна 0,2 Гн, а амплитуда колебаний силы тока 40 мА. Найти энергию электрического поля конденсатора и магнитного поля катушки в тот момент, когда мгновенное значение силы тока в 2 раза меньше амплитудного значения. |
| 4562. Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью С = 400 пФ и катушки индуктивностью L = 10 мГн. Найти амплитуду колебаний силы тока Im, если амплитуда колебаний напряжения Um = 500 В. |
4563. Амплитуда силы тока в контуре 1,4 мА, а амплитуда напряжения 280 В. Найти силу тока и напряжение в тот момент времени, когда энергия магнитного поля катушки равна энергии электрического поля конденсатора. 4 пt. Записать уравнение i = i(t), выражающее зависимость силы тока от времени. Найти период и частоту колебаний в контуре, амплитуду колебаний заряда и амплитуду колебаний силы тока.
|
| 4567. Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью 1 мкФ и катушки индуктивностью 4 Гн. Амплитуда колебаний заряда на конденсаторе 100 мкКл. Написать уравнения q = q(t), i = i(t), u = u(t). Найти амплитуду колебаний силы тока и напряжения. |
| 4568. Емкость конденсатора колебательного контура 0,4 мкФ, частота собственных колебаний 50 кГц, амплитуда заряда 8 мкКл. Написать уравнения q = q(t), и = u{t), i = i(t). Найти амплитуду напряжения, амплитуду силы тока и индуктивность катушки. |
| 4569. Через какое время (в долях периода t/T) на конденсаторе колебательного контура будет заряд, равный половине амплитудного значения? |
4570. Амплитуда напряжения в контуре 100 В, частота колебаний 5 Мгц. 8; 5) 0,001; 6) 0.
|
| 4572. Найти период Т и частоту v колебаний в контуре, емкость конденсатора в котором С, индуктивность катушки L. |
| 4573. Каков диапазон частот собственных колебаний в контуре, если его индуктивность можно изменять в пределах от 0,1 до 10 мкГн, а емкость — в пределах от 50 до 5000 пФ? |
| 4574. Катушку какой индуктивности надо включить в колебательный контур, чтобы при емкости конденсатора 50 пФ получить частоту свободных колебаний 10 МГц? |
| 4575. Во сколько раз изменится частота собственных колебаний в колебательном контуре, если емкость конденсатора увеличить в 25 раз, а индуктивность катушки уменьшить в 16 раз? |
4576. При увеличении емкости конденсатора колебательного контура на 0,08 мкФ частота колебаний уменьшилась в 3 раза. Найти первоначальную емкость конденсатора. Индуктивность катушки осталась прежней.
|
| 4577. При изменении емкости конденсатора колебательного контура на dС (dC = С2 — С1) период колебаний изменился в n раз (Т2 = nТ1). Найти первоначальную емкость С1. Индуктивность катушки осталась неизменной. |
| 4578. Частоту вращения проволочной рамки в однородном магнитном поле увеличили в 3 раза. Во сколько раз изменится частота переменного тока в рамке и ЭДС индукции? |
| 4579. Рамка площадью 200 см2 вращается с частотой 8 с-1 в магнитном поле индукцией 0,4 Тл. Написать уравнения Ф = Ф(t) и е = e(t), если при t = 0 нормаль к плоскости рамки перпендикулярна линиям индукции поля. Найти амплитуду ЭДС индукции. |
4580. При вращении проволочной рамки в однородном магнитном поле пронизывающий рамку магнитный поток изменяется в зависимости от времени по закону Ф — = 0,01 sin Witt. Вычислив производную Ф’, написать формулу зависимости ЭДС от времени е = e(t). В каком положении была рамка в начале отсчета времени? Какова частота вращения рамки? Чему равны максимальные значения магнитного потока и ЭДС?
|
| 4581. Сколько витков имеет рамка площадью 500 см2, если при вращении ее с частотой 20 с-1 в однородном магнитном поле индукцией 0,1 Тл амплитудное значение ЭДС равно 63 В? |
| 4582. Какую траекторию опишет электрон, пролетая между пластинами плоского конденсатора, на которые подано: а) постоянное напряжение; б) переменное напряжение достаточно высокой частоты? |
| 4583. Будет ли проходить ток через электролитическую ванну с раствором медного купороса, если ее подключить к источнику переменного напряжения? Будет ли выделяться на электродах медь? |
| 4584. По графику (рис. 102) найти амплитудное значение переменной ЭДС, ее период и частоту. Записать формулу изменения ЭДС со временем. |
4585. Какое значение принимает напряжение через 10, 15 и 30 мс, если амплитуда напряжения 200 В и период 60 мс?
|
| 4586. Через k-ю часть периода мгновенное значение напряжения равно u1. Найти значение напряжения u2 при фазе f. |
| 4587. На какое напряжение надо рассчитывать изоляторы линии передачи, если действующее напряжение 430 кВ? |
| 4588. Написать уравнения, выражающие зависимость напряжения и силы тока от времени для электроплитки сопротивлением 50 Ом, включенной в сеть переменного тока с частотой 50 Гц и напряжением 220 В. |
| 4589. При каких фазах в пределах одного периода мгновенное значение напряжения равно по модулю половине амплитудного? |
4590. Неоновая лампа начинает светить, когда напряжение на ее электродах достигает строго определенного значения. Какую часть периода будет светить лампа, если ее включить в сеть, действующее значение напряжения в которой равно этому напряжению? Считать, что напряжение, при котором лампа гаснет, равно напряжению зажигания.
|
| 4591. Конденсатор переменной емкости включен в цепь последовательно с лампочкой от карманного фонаря. Схема питается от генератора звуковой частоты ЗГ. Как изменяется накал лампочки, если: а) не меняя емкости конденсатора, увеличивать частоту переменного тока; б) не меняя частоту, увеличивать емкость конденсатора? |
| 4592. Каково сопротивление конденсатора емкостью 4 мкФ в цепях с частотой переменного тока 50 и 400 Гц? |
| 4593. Конденсатор включен в цепь переменного тока стандартной частоты. Напряжение в сети 220 В. Сила тока в цепи этого конденсатора 2,5 А. Какова емкость конденсатора? |
23.7 Трансформаторы – College Physics: OpenStax
Глава 23 Электромагнитная индукция, цепи переменного тока и электрические технологии
Цели обучения
- Объяснить, как работает трансформатор.
- Рассчитать напряжение, ток и/или количество витков, зная другие величины.
Трансформаторы делают то, что следует из их названия — они преобразуют напряжение из одного значения в другое (используется термин напряжение, а не ЭДС, поскольку трансформаторы имеют внутреннее сопротивление). Например, многие сотовые телефоны, ноутбуки, видеоигры, электроинструменты и небольшие бытовые приборы имеют трансформатор, встроенный в сменный блок (как на рис. 1), который преобразует переменное напряжение 120 или 240 В в любое напряжение, используемое устройством. Трансформаторы также используются в нескольких точках в системах распределения электроэнергии, например, как показано на рис. 2. Энергия передается на большие расстояния при высоком напряжении, потому что для заданной мощности требуется меньший ток, а это означает меньшие потери в линии, как это было раньше. обсуждалось ранее. Но высокое напряжение представляет большую опасность, поэтому для получения более низкого напряжения в месте нахождения пользователя используются трансформаторы.
Тип трансформатора, рассматриваемого в этом тексте — см. рис. 3, — основан на законе индукции Фарадея и очень похож по конструкции на аппарат Фарадея, используемый для демонстрации того, что магнитные поля могут вызывать токи.
Две катушки называются первичной и вторичными катушками . При нормальном использовании входное напряжение подается на первичную обмотку, а вторичная создает преобразованное выходное напряжение. Железный сердечник не только улавливает магнитное поле, создаваемое первичной катушкой, но и увеличивает его намагниченность. Поскольку входное напряжение переменного тока, изменяющийся во времени магнитный поток направляется на вторичную обмотку, индуцируя ее выходное напряжение переменного тока.
Для простого трансформатора, показанного на рисунке 3, выходное напряжение [латекс]\boldsymbol{V _{\textbf{s}}}[/латекс] почти полностью зависит от входного напряжения [латекс]\boldsymbol{V _{\textbf{ p}}}[/latex] и соотношение количества петель в первичной и вторичной обмотках.
Закон индукции Фарадея для вторичной катушки дает ее индуцированное выходное напряжение [latex]\boldsymbol{V_s}[/latex] равным
[латекс]\boldsymbol{V _{\textbf{s}} = -N _{\textbf{s}}}[/latex] [латекс]\boldsymbol{\frac{\Delta \phi}{\Delta t}} ,[/латекс]
, где [латекс]\boldsymbol{N_{\textbf{s}}}[/латекс] — количество витков вторичной обмотки, а [латекс]\boldsymbol{\Delta \phi / \;\Delta t}[/ латекс] — скорость изменения магнитного потока. Обратите внимание, что выходное напряжение равно ЭДС индукции ([латекс]\boldsymbol{V_{\textbf{s}} = ЭДС _{\textbf{s}}}[/латекс]), при условии, что сопротивление катушки мало трансформаторы). Площадь поперечного сечения катушек одинакова с обеих сторон, как и напряженность магнитного поля, поэтому [латекс]\boldsymbol{\Delta \phi / \;\Delta t}[/latex] одинаково сторона. Входное первичное напряжение [латекс]\boldsymbol{V_{\textbf{p}}}[/латекс] также связано с изменением потока на
[латекс]\boldsymbol{V _{\textbf{p}} = -N _{\textbf{p}}}[/latex] [латекс]\boldsymbol{\frac{\Delta \phi}{\Delta t}} .
[/латекс]
Причина этого немного тоньше. Закон Ленца говорит нам, что первичная катушка противодействует изменению потока, вызванному входным напряжением [латекс]\жирный символ{V _{\textbf{p}}}[/латекс], поэтому знак минус (это пример собственная индуктивность , эта тема будет подробно рассмотрена в следующих разделах). Предполагая пренебрежимо малое сопротивление катушки, петлевое правило Кирхгофа говорит нам, что ЭДС индукции точно равна входному напряжению. Соотношение этих двух последних уравнений дает полезное соотношение:
[латекс]\boldsymbol{\frac{V _{\textbf{s}}}{V_{\textbf{p}}}}[/latex] [латекс]\boldsymbol{=}[/latex] [латекс]\ жирный символ {\ гидроразрыва {N _ {\ textbf {s}}} {N _ {\ textbf {p}}}} [/латекс].
Это известно как уравнение трансформатора , и оно просто утверждает, что отношение вторичного напряжения к первичному в трансформаторе равно отношению числа витков в его катушках.
Выходное напряжение трансформатора может быть меньше, больше или равно входному напряжению, в зависимости от соотношения количества витков в их обмотках.
Некоторые трансформаторы даже обеспечивают переменную мощность, позволяя выполнять подключение в разных точках вторичной обмотки. А 9Повышающий трансформатор 0015 увеличивает напряжение, тогда как понижающий трансформатор снижает напряжение. Предполагая, как и мы, что сопротивление пренебрежимо мало, выходная электрическая мощность трансформатора равна его входной мощности. На практике это почти так — КПД трансформатора часто превышает 99%. Приравнивание входной и выходной мощности,
[латекс] \boldsymbol {P _ {\ textbf {p}} = I _ {\ textbf {p}} V _ {\ textbf {p}} = I _ {\ textbf {s}} V _ {\ textbf {s}} = P_{\textbf{s}}}.[/латекс]
Перестановка терминов дает
[латекс]\boldsymbol{\frac{V _{\textbf{s}}}{V_{\textbf{p}}}}[/latex] [латекс]\boldsymbol{=}[/latex] [латекс]\ жирный символ {\ гидроразрыва {I _ {\ textbf {p}}} {I _ {\ textbf {s}}}} [/латекс].
В сочетании с [латекс]\boldsymbol{\frac{V _{\textbf{s}}}{V _{\textbf{p}}} = \frac{N _{\textbf{s}}}{N _{\textbf {p}}}}[/latex], мы находим, что
[латекс]\boldsymbol{\frac{I _{\textbf{s}}}{I _{\textbf{p}}}}[/latex] [латекс]\boldsymbol{=}[/latex] [латекс]\ жирный символ {\ гидроразрыва {N _ {\ textbf {p}}} {N _ {\ textbf {s}}}} [/ латекс]
— соотношение между выходным и входным токами трансформатора.
Таким образом, если напряжение увеличивается, ток уменьшается. И наоборот, если напряжение уменьшается, ток увеличивается.
Пример 1: Расчет характеристик повышающего трансформатора
Портативный рентгеновский аппарат имеет повышающий трансформатор, входное напряжение которого 120 В преобразуется в выходное напряжение 100 кВ, необходимое для рентгеновской трубки. Первичная обмотка имеет 50 витков и при использовании потребляет ток 10,00 А. а) Сколько петель во вторичном? (b) Найдите текущий выход вторичной обмотки.
Стратегия и решение для (a)
Решаем [латекс]\boldsymbol{\frac{V _{\textbf{s}}}{V_{\textbf{p}}} = \frac{N_{\ textbf{s}}}{N_{\textbf{p}}}}[/latex] for [latex]\boldsymbol{N_{\textbf{s}}}[/latex], количество петель во вторичном, и введите известные значения. Это дает
[латекс]\begin{array}{r @{{}={}} l} \boldsymbol{N _{\textbf{s}}} & \boldsymbol{N _{\textbf{p}} \frac {V_{\textbf{s}}}{V_{\textbf{p}}}} \\[1em] & \boldsymbol{(50) \frac{100,000 \;\textbf{V}}{120 \;\ textbf{V}} = 4,17 \× 10^4}.
\end{массив}[/латекс]
Обсуждение для (a)
Большое количество витков во вторичной обмотке (по сравнению с первичной) требуется для создания такого большого напряжения. Это верно для трансформаторов неоновых вывесок и тех, которые обеспечивают высокое напряжение внутри телевизоров и ЭЛТ.
Стратегия и решение для (b)
Точно так же мы можем найти выходной ток вторичной обмотки, решив [латекс]\boldsymbol{\frac{I _{\textbf{s}}}{I _{\textbf{p }}} = \frac{N_{\textbf{p}}}{N_{\textbf{s}}}}[/latex] для [латекса]\boldsymbol{I_{\textbf{s}}}[/latex ] и ввод известных значений. Это дает 94} = 12,0 \;\textbf{мА}} \end{массив}[/latex].
Обсуждение для (b)
Как и ожидалось, выходной ток значительно меньше входного. В некоторых впечатляющих демонстрациях для создания длинных дуг используются очень большие напряжения, но они относительно безопасны, поскольку выход трансформатора не обеспечивает большой ток.
Обратите внимание, что потребляемая мощность здесь равна [латекс]\boldsymbol{P_{\textbf{p}} = I_{\textbf{p}} V_{\textbf{p}} =(10,00 \;\textbf{A})( 120 \;\textbf{В}) = 1,20 \;\textbf{кВт}}[/латекс]. Это равно выходной мощности [латекс]\boldsymbol{P_{\textbf{p}} = I_{\textbf{s}} V_{\textbf{s}} =(12,0 \;\textbf{мА})(100 \ ;\textbf{кВ}) = 1,20 \;\textbf{кВт}}[/latex], как мы и предполагали при выводе используемых уравнений.
Тот факт, что трансформаторы основаны на законе индукции Фарадея, проясняет, почему мы не можем использовать трансформаторы для изменения постоянного напряжения. Если первичное напряжение не меняется, то и вторичное напряжение не индуцируется. Одна из возможностей состоит в том, чтобы подключить постоянный ток к первичной катушке через переключатель. Когда переключатель размыкается и замыкается, вторичная обмотка создает напряжение, подобное показанному на рис. 4. На самом деле это непрактичная альтернатива, и переменный ток широко используется везде, где необходимо повысить или понизить напряжение.
Пример 2. Расчет характеристик понижающего трансформатора
Зарядное устройство, предназначенное для последовательного соединения десяти никель-кадмиевых аккумуляторов (суммарная ЭДС 12,5 В постоянного тока), должно иметь выходное напряжение 15,0 В для зарядки аккумуляторов. В нем используется понижающий трансформатор с 200-контурной первичной обмоткой и входным напряжением 120 В. а) Сколько витков должно быть во вторичной обмотке? (б) Если зарядный ток равен 16,0 А, каков входной ток?
Стратегия и решение для (a)
Можно ожидать, что вторичный узел будет иметь небольшое количество циклов. Решение [латекс]\boldsymbol{\frac{V_s}{V_{\textbf{p}}} = \frac{N_{\textbf{s}}}}{N_{\textbf{p}}}}[/latex] и ввод известных значений дает
[латекс]\begin{array}{r @{{}={}} l} \boldsymbol{N _{\textbf{s}}} & \boldsymbol{N _{\textbf{p} } \frac{V_{\textbf{s}}}{V_{\textbf{p}}}} \\[1em] & \boldsymbol{(200) \frac{15.
0 \;\textbf{V}}{120 \;\textbf{V}} = 25}. \end{массив}[/латекс]
Стратегия и решение для (b)
Текущие входные данные можно получить, решив [латекс]\boldsymbol{\frac{I _{\textbf{s}}}{I _{\textbf{p}}} = \frac{N_{\textbf{p}}}{N_{\textbf{s}}}}[/latex] для [латекса]\boldsymbol{I_{\textbf{p}}}[/latex] и вводом известных ценности. Это дает
[латекс]\begin{array}{r @{{}={}} l} \boldsymbol{I _{\textbf{p}}} & \boldsymbol{I _{\textbf{s}} \frac {N_{\textbf{s}}}{N_{\textbf{p}}}} \\[1em] & \boldsymbol{(16,0 \;\textbf{A}) \frac{25}{200} = 2,00 \;\textbf{А}}. \end{массив}[/латекс]
Обсуждение
Количество витков во вторичной обмотке мало, как и положено для понижающего трансформатора. Мы также видим, что небольшой входной ток создает больший выходной ток в понижающем трансформаторе. Когда трансформаторы используются для работы с большими магнитами, они иногда имеют небольшое количество очень тяжелых петель во вторичной обмотке.
Это позволяет вторичной обмотке иметь низкое внутреннее сопротивление и производить большие токи. Еще раз обратите внимание, что это решение основано на предположении о 100% эффективности, или выходная мощность равна входной мощности ) — разумно для хороших трансформаторов. В этом случае первичная и вторичная мощность составляет 240 Вт. (Убедитесь в этом сами для проверки стабильности.) Обратите внимание, что никель-кадмиевые аккумуляторы необходимо заряжать от источника постоянного тока (как и аккумулятор на 12 В). Таким образом, выход переменного тока вторичной катушки необходимо преобразовать в постоянный. Это делается с помощью чего-то, называемого выпрямителем, в котором используются устройства, называемые диодами, которые пропускают ток только в одном направлении.
имеют множество применений в системах электробезопасности, которые обсуждаются в главе 23.7 Электробезопасность: системы и устройства.
PhET Исследования: Генератор
Генерировать электричество с помощью стержневого магнита! Откройте для себя физику этого явления, исследуя магниты и то, как вы можете использовать их, чтобы зажечь лампочку.
- Трансформаторы используют индукцию для преобразования напряжения из одного значения в другое.
- Для трансформатора напряжения на первичной и вторичной обмотках связаны соотношением
[латекс]\boldsymbol{\frac{V _{\textbf{s}}}{V_{\textbf{p}}}}[/latex][латекс]\boldsymbol{=}[/latex][латекс]\ жирный символ {\ гидроразрыва {N _ {\ textbf {s}}} {N _ {\ textbf {p}}}}, [/ латекс]
, где [latex]\boldsymbol{V_{\textbf{p}}}[/latex] и [latex]\boldsymbol{V_{\textbf{s}}}[/latex] — напряжения на первичной и вторичной обмотках, имеющих [латекс]\boldsymbol{N _{\textbf{p}}}[/латекс] и [латекс]\boldsymbol{N _{\textbf{s}}}[/латекс] повороты.
- Токи [latex]\boldsymbol{I_{\textbf{p}}}[/latex] и [latex]\boldsymbol{I_{\textbf{s}}}[/latex] в первичной и вторичной обмотках связаны by [латекс] \boldsymbol {\ frac {I _ {\ textbf {s}}} {I _ {\ textbf {p}}} = \ frac {N _ {\ textbf {p}}} {N _ {\ textbf {s} }}}[/латекс]
- Повышающий трансформатор увеличивает напряжение и уменьшает ток, а понижающий трансформатор снижает напряжение и увеличивает ток.
Задачи и упражнения
1: Подключаемый трансформатор, как на рис. 4, питает 90,00 В для системы видеоигр. а) Сколько витков во вторичной обмотке, если входное напряжение 120 В, а в первичной обмотке 400 витков? (б) Каков его входной ток, когда его выходной ток равен 1,30 А?
2: Американка, путешествующая по Новой Зеландии, везет с собой трансформатор для преобразования стандартных новозеландских 240 В в 120 В, чтобы в поездке она могла пользоваться небольшими бытовыми приборами. а) Каково соотношение витков в первичной и вторичной обмотках ее трансформатора? б) Каково отношение входного тока к выходному? (c) Как новозеландка, путешествующая по Соединенным Штатам, могла использовать этот же трансформатор для питания своих приборов на 240 В от 120 В?
3: Кассетный магнитофон использует подключаемый трансформатор для преобразования 120 В в 12,0 В с максимальным выходным током 200 мА.
а) Каков текущий вход? б) Какова потребляемая мощность? (c) Разумно ли такое количество энергии для небольшого электроприбора?
4: (a) Каково выходное напряжение трансформатора, используемого для аккумуляторных батарей для фонарей, если его первичная обмотка имеет 500 витков, вторичная 4 витка, а входное напряжение составляет 120 В? (b) Какой входной ток необходим для получения выходного тока 4,00 А? в) Какова потребляемая мощность?
5: (a) Подключаемый трансформатор для портативного компьютера выдает 7,50 В и может обеспечивать максимальный ток 2,00 А. Каков максимальный входной ток, если входное напряжение составляет 240 В? Предположим, что эффективность 100%. (b) Если фактический КПД меньше 100%, должен ли входной ток быть больше или меньше? Объяснять.
6: Универсальный трансформатор имеет вторичную обмотку с несколькими точками, в которых может сниматься напряжение, что дает выходное напряжение 5,60, 12,0 и 480 В.
(a) Входное напряжение составляет 240 В для первичной обмотки 280 В. повороты. Какое количество витков в частях вторичной обмотки используется для создания выходных напряжений? (b) Если максимальный входной ток равен 5,00 А, каковы максимальные выходные токи (каждый из которых используется отдельно)?
7: Крупная электростанция вырабатывает электроэнергию на 12,0 кВ. Его старый трансформатор когда-то преобразовывал напряжение в 335 кВ. Вторичная часть этого трансформатора заменяется, чтобы его мощность могла составлять 750 кВ для более эффективной передачи по пересеченной местности по модернизированным линиям электропередачи. а) Каково соотношение витков в новой вторичной обмотке по сравнению со старой вторичной обмоткой? (б) Каково отношение новой мощности по току к старой мощности (на 335 кВ) для той же мощности? (c) Если модернизированные линии электропередачи имеют одинаковое сопротивление, каково отношение потерь мощности в новой линии к потерям мощности в старой?
8: Если выходная мощность в предыдущей задаче равна 1000 МВт, а сопротивление линии равно [латекс]\boldsymbol{2,00 \;\Омега}[/латекс], каковы были потери в старой и новой линии?
9: Необоснованные результаты
Электричество 335 кВ переменного тока от линии электропередачи подается в первичную катушку трансформатора.
Отношение количества витков во вторичной обмотке к числу витков в первичной равно [латекс]\жирный символ{N _{\textbf{s}}/N _{\textbf{p}} =1000}[/латекс]. а) Какое напряжение индуцируется во вторичной обмотке? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какое предположение или предпосылка являются ответственными?
10: Создайте свою собственную задачу
Рассмотрим двойной трансформатор для создания очень больших напряжений. Устройство состоит из двух ступеней. Первый — это трансформатор, который выдает гораздо большее выходное напряжение, чем его входное. Выход первого трансформатора используется как вход для второго трансформатора, который дополнительно увеличивает напряжение. Постройте задачу, в которой вы рассчитываете выходное напряжение конечного каскада на основе входного напряжения первого каскада и количества витков или петель в обеих частях обоих трансформаторов (всего четыре катушки). Также рассчитайте максимальный выходной ток конечной ступени на основе входного тока.
Обсудите возможность потерь мощности в устройствах и их влияние на выходной ток и мощность.
- трансформатор
- устройство, преобразующее напряжение из одного значения в другое с помощью индукции
- уравнение трансформатора
- уравнение, показывающее, что отношение вторичных и первичных напряжений в трансформаторе равно отношению числа витков в их обмотках; [латекс] \ boldsymbol {\ frac {V _ {\ textbf {s}}} {V _ {\ textbf {p}}} = \ frac {N _ {\ textbf {s}}} {N _ {\ textbf {p}} }}[/латекс]
- Повышающий трансформатор
- трансформатор повышающий напряжение
- понижающий трансформатор
- трансформатор, понижающий напряжение
23.7 Трансформаторы – Колледж физики 2e
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете:
- Объясните, как работает трансформатор.
- Рассчитать напряжение, ток и/или количество витков, зная другие величины.
Трансформаторы делают то, что следует из их названия — они преобразуют напряжение из одного значения в другое (используется термин напряжение, а не ЭДС, поскольку трансформаторы имеют внутреннее сопротивление). Например, многие сотовые телефоны, ноутбуки, видеоигры, электроинструменты и мелкие бытовые приборы имеют трансформатор, встроенный в сменный блок (подобный показанному на рис. 23.25), который преобразует 120 или 240 В переменного тока в любое напряжение, используемое устройством. Трансформаторы также используются в нескольких точках в системах распределения электроэнергии, например, как показано на рис. 23.26. Энергия передается на большие расстояния при высоком напряжении, потому что для заданной мощности требуется меньший ток, а это означает меньшие потери в линии, как обсуждалось ранее. Но высокое напряжение представляет большую опасность, поэтому для получения более низкого напряжения в месте нахождения пользователя используются трансформаторы.
Рисунок
23.
25
Подключаемый трансформатор становится все более привычным с распространением электронных устройств, которые работают от напряжения, отличного от обычных 120 В переменного тока. Большинство из них находятся в диапазоне от 3 до 12 В. (кредит: Shop Xtreme)
Рисунок 23.26 Трансформаторы изменяют напряжение в нескольких точках системы распределения электроэнергии. Электроэнергия обычно вырабатывается при напряжении более 10 кВ и передается на большие расстояния при напряжении более 200 кВ, иногда до 700 кВ, для ограничения потерь энергии. Местное распределение электроэнергии в районы или предприятия проходит через подстанцию и передается на короткие расстояния при напряжении от 5 до 13 кВ. Оно снижено до 120, 240 или 480 В для обеспечения безопасности на объекте отдельного пользователя.
Тип трансформатора, рассматриваемого в этом тексте (см. рис. 23.27), основан на законе индукции Фарадея и очень похож по конструкции на аппарат Фарадея, который использовался для демонстрации того, что магнитные поля могут вызывать токи.
Две катушки называются первичной и вторичной катушками. При нормальном использовании входное напряжение подается на первичную обмотку, а вторичная создает преобразованное выходное напряжение. Железный сердечник не только улавливает магнитное поле, создаваемое первичной катушкой, но и увеличивает его намагниченность. Поскольку входное напряжение переменного тока, изменяющийся во времени магнитный поток направляется на вторичную обмотку, индуцируя ее выходное напряжение переменного тока.
Рисунок 23.27 Типичная конструкция простого трансформатора состоит из двух катушек, намотанных на ферромагнитный сердечник, ламинированный для минимизации вихревых токов. Магнитное поле, создаваемое первичной обмоткой, в основном ограничивается и усиливается сердечником, который передает его вторичной обмотке. Любое изменение тока в первичной обмотке индуцирует ток во вторичной.
Для простого трансформатора, показанного на рис.
23.27, выходное напряжение VsVs почти полностью зависит от входного напряжения VpVp и соотношения числа витков в первичной и вторичной обмотках. Закон индукции Фарадея для вторичной катушки дает ее индуцированное выходное напряжение VsVs, равное
Vs=-NsΔΦΔt, Vs=-NsΔΦΔt,
23,24
где NsNs — число витков вторичной обмотки, а ΔΦΔΦ/ ΔtΔt — скорость изменения магнитного потока. Обратите внимание, что выходное напряжение равно ЭДС индукции (Vs=ЭДС Vs=ЭДС), при условии, что сопротивление катушки мало (разумное предположение для трансформаторов). Площадь поперечного сечения катушек одинакова с обеих сторон, как и напряженность магнитного поля, поэтому ΔΦ/ΔtΔΦ/Δt одинаково с обеих сторон. Входное первичное напряжение VpVp также связано с изменением потока на
Vp=-NpΔΦΔt.Vp=-NpΔΦΔt.
23,25
Причина этого немного тоньше. Закон Ленца говорит нам, что первичная катушка противодействует изменению потока, вызванному входным напряжением VpVp, отсюда и знак минус (это пример самоиндукции , эта тема будет подробно рассмотрена в следующих разделах).
Предполагая пренебрежимо малое сопротивление катушки, петлевое правило Кирхгофа говорит нам, что ЭДС индукции точно равна входному напряжению. Соотношение этих двух последних уравнений дает полезное соотношение:
VsVp=NsNp.VsVp=NsNp.
23,26
Это известно как уравнение трансформатора, и оно просто утверждает, что отношение вторичного напряжения к первичному в трансформаторе равно отношению числа витков в его катушках.
Выходное напряжение трансформатора может быть меньше, больше или равно входному напряжению, в зависимости от соотношения количества витков в их обмотках. Некоторые трансформаторы даже обеспечивают переменную мощность, позволяя выполнять подключение в разных точках вторичной обмотки. Повышающий трансформатор увеличивает напряжение, а понижающий понижает. Предполагая, как и мы, что сопротивление пренебрежимо мало, выходная электрическая мощность трансформатора равна его входной мощности. На практике это почти так — КПД трансформатора часто превышает 99%.
Приравнивая входную и выходную мощность,
Pp=IpVp=IsVs=Ps.Pp=IpVp=IsVs=Ps.
23,27
Перестановка терминов дает
VsVp=IpIs.VsVp=IpIs.
23,28
Комбинируя это с VsVp=NsNpVsVp=NsNp, мы находим, что
IsIp=NpNsIsIp=NpNs
23,29
представляет собой отношение между выходным и входным токами трансформатора. Таким образом, если напряжение увеличивается, ток уменьшается. И наоборот, если напряжение уменьшается, ток увеличивается.
Пример 23,5
Расчет характеристик повышающего трансформатора
Портативный рентгеновский аппарат имеет повышающий трансформатор, входное напряжение которого 120 В преобразуется в выходное напряжение 100 кВ, необходимое для рентгеновской трубки. Первичная обмотка имеет 50 витков и при использовании потребляет ток 10,00 А. а) Сколько петель во вторичном? (b) Найдите текущий выход вторичной обмотки.
Стратегия и решение для (a)
Решаем VsVp=NsNpVsVp=NsNp для NsNs, количества петель во вторичном контуре, и вводим известные значения. Это дает
Ns=NpVsVp=(50)100 000 В120 В=4,17×104.Ns=NpVsVp=(50)100 000 В120 В=4,17×104.
23.30
Обсуждение для (a)
Большое количество петель во вторичной обмотке (по сравнению с первичной) требуется для создания такого большого напряжения. Это верно для трансформаторов неоновых вывесок и тех, которые обеспечивают высокое напряжение внутри телевизоров и ЭЛТ.
Стратегия и решение для (b)
Точно так же мы можем найти выходной ток вторичной обмотки, решив IsIp=NpNsIsIp=NpNs для IsIs и введя известные значения. Это дает
Is=IpNpNs=(10,00 А)504,17×104=12,0 мА.Is=IpNpNs=(10,00 А)504,17×104=12,0 мА.
23.31
Обсуждение для (б)
Как и ожидалось, выходной ток значительно меньше входного.
В некоторых впечатляющих демонстрациях для создания длинных дуг используются очень большие напряжения, но они относительно безопасны, поскольку выход трансформатора не обеспечивает большой ток. Обратите внимание, что потребляемая мощность здесь Pp=IpVp=(10,00A)(120В)=1,20kWPp=IpVp=(10,00A)(120В)=1,20кВт. Это равно выходной мощности Pp=IsVs=(12,0 мА)(100 кВ)=1,20 кВтp=IsVs=(12,0 мА)(100 кВ)=1,20 кВт, как мы предполагали при выводе используемых уравнений.
Тот факт, что трансформаторы основаны на законе индукции Фарадея, ясно показывает, почему мы не можем использовать трансформаторы для изменения постоянного напряжения. Если первичное напряжение не меняется, то и вторичное напряжение не индуцируется. Одна из возможностей состоит в том, чтобы подключить постоянный ток к первичной катушке через переключатель. Когда переключатель размыкается и замыкается, вторичная обмотка создает напряжение, подобное изображенному на рис. 23.28. На самом деле это непрактичная альтернатива, и переменный ток широко используется везде, где необходимо увеличить или уменьшить напряжение.
Рисунок 23.28 Трансформаторы не работают для чистого входного напряжения постоянного тока, но если его включать и выключать, как на верхнем графике, выход будет выглядеть примерно так, как на нижнем графике. Это не синусоидальный переменный ток, необходимый большинству приборов переменного тока.
Пример 23,6
Расчет характеристик понижающего трансформатора
Зарядное устройство, предназначенное для последовательного соединения десяти никель-кадмиевых аккумуляторов (суммарная ЭДС 12,5 В постоянного тока), должно иметь выходное напряжение 15,0 В для зарядки аккумуляторов. В нем используется понижающий трансформатор с 200-контурной первичной обмоткой и входным напряжением 120 В. а) Сколько витков должно быть во вторичной обмотке? (б) Если зарядный ток равен 16,0 А, каков входной ток?
Стратегия и решение для (a)
Можно ожидать, что вторичный узел будет иметь небольшое количество циклов.
Решение VsVp=NsNpVsVp=NsNp для NsNs и ввод известных значений дает
Ns=NpVsVp=(200)15,0 V120 V=25,Ns=NpVsVp=(200)15,0 V120 V=25.
23.32
Стратегия и решение для (b)
Текущие входные данные могут быть получены путем решения IsIp=NpNsIsIp=NpNs для IpIp и ввода известных значений. Это дает
Ip=IsNsNp=(16,0 A)25200=2,00 A.Ip=IsNsNp=(16,0 A)25200=2,00 A.
23.33
Обсуждение
Количество витков во вторичной обмотке мало, как и положено для понижающего трансформатора. Мы также видим, что небольшой входной ток создает больший выходной ток в понижающем трансформаторе. Когда трансформаторы используются для работы с большими магнитами, они иногда имеют небольшое количество очень тяжелых петель во вторичной обмотке. Это позволяет вторичной обмотке иметь низкое внутреннее сопротивление и производить большие токи. Еще раз отметим, что это решение основано на допущении о 100% КПД — или о том, что выходная мощность равна входной мощности (Pp=PsPp=Ps) — разумно для хороших трансформаторов.