Film (standardowy)

Zastosowania transformatora

W ramach filmu edukacyjnego obejrzysz inne ciekawe zastosowania transformatora. Używać będziemy szkolnego transformatora rozbieralnego. Przyglądaj się wnikliwie zaprezentowanym doświadczeniom, aby trafnie odpowiedzieć na pytania zadane w teście, w następnym rozdziale.

W ramach filmu edukacyjnego dowiesz się o ciekawych zastosowaniach transformatora. Używać będziemy szkolnego transformatora rozbieralnego. Posłuchaj wnikliwie o zaprezentowanych doświadczeniach, aby trafnie odpowiedzieć na pytania zadane w teście, w następnym rozdziale.

RWRESmg4DHN7i

Źródło: Politechnika Warszawska Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0. Licencja: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.pl.

Polecenie 1

Obejrzyj ponownie fragment filmu pokazującego świecenie żaróweczki w obwodzie wtórnym transformatora. Zweryfikuj wypowiadane stwierdzenie: „… napięcie w uzwojeniu wtórnym wynosi, co łatwo sprawdzić, około trzech woltów.”

W filmie podano, że pierwotne uzwojenie ma nIndeks dolny 1 = 1100 zwojów, a przyłożone do niego napięcie UIndeks dolny 1 = 230 V. Podano także, że obwód wtórny, zawierający żaróweczkę, ma nIndeks dolny 2 = 16 zwojów. Napięcie wtórne można zatem obliczyć stosując wyrażenie

U_{2} = \frac{n_{2}}{n_{1}} \cdot U_{1} = \frac{16}{1100} \cdot 230 V \approx 3, 3 V

Wynik ten jest zgodny z zacytowanym stwierdzeniem.

Polecenie 2

Obejrzyj ponownie fragment filmu pokazującego drugie doświadczenie, gdy w obwodzie wtórnym transformatora znajduje się cewka podłączona do woltomierza. Zweryfikuj spójność informacji przedstawionych na filmie. Uwzględnij przy tym rozdzielczość zastosowanych woltomierzy i przyjmij, że są one sprawne. Przyjmij także, że liczba zwojów w każdej z cewek jest dana dokładnie.

Sprawdź, czy spełniony jest związek $\frac{U_{2}}{U_{1}} = \frac{n_{2}}{n_{1}}$ . Skomentuj uzyskany wynik.

W filmie podano, że pierwotne uzwojenie ma nIndeks dolny 1 = 1100 zwojów oraz że cewka w obwodzie wtórnym ma nIndeks dolny 2 = 20 zwojów. Przy napięciu pierwotnym UIndeks dolny 1 = 200 V, napięcie wtórne powinno więc wynosić

U_{2} = \frac{n_{2}}{n_{1}} \cdot U_{1} = \frac{20}{1100} \cdot 200 V \approx 3, 6 V

Tymczasem woltomierz wskazuje UIndeks dolny 2 = 3 V.

Warto wymienić trzy możliwe powody tej rozbieżności.

1. Rozdzielczość woltomierza w obwodzie wtórnym nie może objaśniać stwierdzonej rozbieżności. Rozdzielczość ta to $Δ U_{2} = 0,5 V$ ; jest więc wykluczone, by wskazał on 3 V „zamiast” 3,6 V.

2. Rozdzielczość woltomierza w obwodzie pierwotnym także nie może objaśniać stwierdzonej rozbieżności. Rozdzielczość ta to $Δ U_{1} = 10 V$ ; jest więc praktycznie wykluczone, by wskazał on 200 V „zamiast” 190 V. Gdyby nawet tak się zdarzyło, to wtedy napięcie wtórne miałoby wartość $U_{2} \approx 3, 5 V$ i byłoby wyższe od przewidywanego o $Δ U_{2}$ . Taki splot okoliczności – zaniżenie wskazań jednego miernika i zawyżenie wskazań drugiego, w obu przypadkach o wartość równą rozdzielczości każdego z nich – uznajemy za wykluczony.

3. Możliwym powodem stwierdzonej rozbieżności jest niższa od 100% sprawność transformatora. W wyrażeniu wykorzystanym do obliczenia $U_{2}$ zakłada się, ze cały strumień magnetyczny z uzwojenia pierwotnego trafia do uzwojenia wtórnego. W rzeczywistym transformatorze tak nie musi być, szczególnie gdy jest to transformator rozbieralny. W obszarze styków pomiędzy zworą a zasadniczą częścią rdzenia na pewno dochodzi do wychodzenia linii pola poza obszar rdzenia – obwód magnetyczny nie jest w pełni „szczelny”. Należy zatem przyjąć, że sprawność $η$ szkolnego transformatora

η = \frac{U_{2 z m i e r z o n e}}{U_{2 o b l i c z o n e}} = \frac{3 V}{3, 6 V} \approx 83 %

wynosiła nieco ponad 80%.

Natomiast wartości napięć wtórnych odczytywanych przy napięciach pierwotnych dwu- i czterokrotnie niższych od 200 V, są rzeczywiście dwu- i czterokrotnie mniejsze od 3 V (odpowiednio: 1,5 V i 1,0 V). Jest to zgodne z oczekiwaniami, jeśli uwzględnimy rozdzielczość woltomierza $Δ U_{2} = 0,5 V$ .

Przeczytaj

Sprawdź się

Zastosowania transformatora