Трансформатор. Передача электроэнергии
⚡ Физика · 9 класс
Зачем нужен трансформатор
Трансформатор — это устройство для изменения, или преобразования, напряжения переменного тока почти без потерь энергии. Он повышает или понижает напряжение, оставляя частоту тока неизменной. Трансформаторы применяют буквально повсюду: на электростанциях и подстанциях, в зарядных устройствах телефонов, в блоках питания бытовой техники, в сварочных аппаратах. Без трансформаторов невозможно было бы передавать электроэнергию на большие расстояния, поэтому их изобретение сыграло огромную роль в электрификации.
Устройство и принцип работы
Простейший трансформатор состоит из замкнутого сердечника, собранного из листов специальной стали, на который намотаны две катушки из изолированного провода — обмотки. Первичная обмотка подключается к источнику переменного тока, а ко вторичной обмотке подключают потребителя. Переменный ток в первичной обмотке создаёт в сердечнике переменный магнитный поток. Этот поток почти целиком проходит по сердечнику и пронизывает вторичную обмотку, наводя в ней по закону электромагнитной индукции переменное напряжение. Важно подчеркнуть: трансформатор работает только на переменном токе, потому что для индукции необходим именно меняющийся магнитный поток.
Коэффициент трансформации
Отношение напряжений на обмотках равно отношению числа витков в них:
U_1 / U_2 = N_1 / N_2Эту величину K = N_1 / N_2 называют коэффициентом трансформации. Если число витков первичной обмотки больше, чем вторичной, то K больше единицы, и трансформатор понижающий. Если витков во вторичной обмотке больше, K меньше единицы, и трансформатор повышающий.
| Соотношение витков | Тип трансформатора | Что происходит с напряжением |
|---|---|---|
| Витков в первичной больше | понижающий | напряжение уменьшается |
| Витков во вторичной больше | повышающий | напряжение увеличивается |
Передача электроэнергии
При передаче тока по проводам линий часть энергии теряется на их нагрев. Эти потери тем меньше, чем меньше сила тока в линии. Поэтому перед линией электропередачи напряжение с помощью повышающего трансформатора резко увеличивают (а ток при той же мощности соответственно уменьшается), а вблизи потребителя понижающими трансформаторами снижают до безопасных 220 вольт.
Разбор примера
Первичная обмотка имеет 1000 витков и подключена к напряжению 220 вольт. Сколько витков должна иметь вторичная обмотка, чтобы получить напряжение 22 вольта?
U_1 = 220 В; U_2 = 22 В; N_1 = 1000;
N_2 = N_1 · U_2 / U_1;
N_2 = 1000 · 22 / 220 = 100 витков.Значит, во вторичной обмотке нужно сделать 100 витков. Это понижающий трансформатор: напряжение уменьшилось в десять раз, во столько же раз меньше и число витков.
Частые ошибки: думают, что трансформатор работает на постоянном токе, тогда как нужен переменный; путают повышающий и понижающий трансформаторы; забывают, что частота тока при трансформации не меняется.
Кратко о главном
- Трансформатор преобразует напряжение переменного тока.
- Он работает на основе явления электромагнитной индукции.
- Отношение напряжений равно отношению числа витков обмоток.
- Трансформатор не работает на постоянном токе.
- При передаче энергии напряжение повышают, чтобы уменьшить потери на нагрев проводов.