The electric voltage generated at the powerpowerpower plant reaches 20000 volts at a current of thousands of ampere. In turn, the voltage in the home installations is only 230 V. During the distribution of electricity, the voltage increases many times, and the so‑called high voltage transmissiontransmissiontransmission lines are used. Lowering the voltage to 230 V occurs before the home installation. Also at home we find many devices that require different voltages, such as a telephone charger, computer circuits or a door bell, and all are powered by 230 V. A device that allows you to decrease or increase the voltage is called a transformertransformertransformer. It uses the phenomenon of electromagnetic inductioninductioninduction.
Transformers not only decrease or increase the AC voltage, they also galvanically separate electrical circuits. This is used to protect against electric shock, e.g. in rooms with high humidity, in power tools.
[Interactive graphics]
The transformer consists of two windings wound on an iron corecorecore. An alternating currentalternating currentalternating current in one winding produces a variable magnetic field. This field induces voltage in the second winding.
If in the primary winding the number of windings is greater than in the secondary winding, then the induced voltage will be lower than the original one - i.e. we are dealing with a voltage‑reducing (step‑down) transformertransformertransformer.
If in the primary winding the number of windings is smaller than in the secondary winding, then the induced voltage will be greater than the original - it is a transformer that increases the voltage (step‑up transformerstep‑up transformerstep‑up transformer).
The relationship between the voltage and the number of windings describes the proportion:
Task 1
The primary winding of the transformer has 20 turns and the secondary – 400 turns.
What is the output voltage if the input voltage is 500 volts?
UIndeks dolny outout = 10000 V.
A characteristic feature of the transformertransformertransformer is the rate of transferring the AC energy, called the transformer power. The power is represented by the letter P, and its unit is watt (W).
Definition: PowerpowerPower - the rate of energy transfer. The power is represented by the letter P, and the unit in the SI system is watt (W).
According to the principle of energy conservation, the power in the secondary winding should be equal to the power in the primary winding, assuming no energy losses:
The power is the product of the voltage and the current intensity, i.e.:
The higher the voltage, the lower the current intensity must be. The possibility of changing the voltage is the advantage of an alternating current. It is used when sending electricity over long distances. The energy transmissiontransmissiontransmission is affected by losses resulting from the fact that when a current flows in the conductor, heat is emitted to the surroundings. This is caused by the resistance of the conductor. Losses are undesirable, so to minimize them while transmitting current over long distances, high voltage and low current intensity are used. In powerpowerpower plants, the output voltage is around 20000 V and it is increased up to 440000 V. In local transformer stations, its value is gradually reduced until the necessary voltage is obtained.
TransformertransformerTransformer is a device that allows to decrease or increase the alternating voltage and at the same time transfers electric energy of an alternating currentalternating currentalternating current due to the phenomenon of electromagnetic inductioninductioninduction from one electrical circuit to another.
Selected words and expressions used in the lesson plan
Oprócz stacji transformatorowych transformatory znajdujemy praktycznie w każdym urządzeniu elektrycznym stosowanym na co dzień, np. wzmacniacze mocy, telewizor, zasilacz do komputera, ładowarka do baterii telefonu, itp.
Transformator to urządzenie, które pozwala na podwyższanie lub obniżanie napięcia zmiennego i jednocześnie przenosi energię elektryczną prądu zmiennego dzięki zjawisku indukcji elektromagnetycznej z jednego obwodu elektrycznego do drugiego.
m0d5ebe92b0798ee8_1528449000663_0
Działanie transformatora
m0d5ebe92b0798ee8_1528449084556_0
Trzeci
m0d5ebe92b0798ee8_1528449076687_0
VIII. Magnetyzm. Uczeń:
5) opisuje zasadę działania transformatora oraz podaje przykłady jego zastosowania.
m0d5ebe92b0798ee8_1528449068082_0
45 minut
m0d5ebe92b0798ee8_1528449523725_0
Opisuje zasadę działania transformatora.
m0d5ebe92b0798ee8_1528449552113_0
1. Podaje przykłady zastosowania transformatora.
m0d5ebe92b0798ee8_1528450430307_0
Uczeń:
- wyjaśnia zasadę działania transformatora,
- wymienia przykłady zastowania transformatora.
m0d5ebe92b0798ee8_1528449534267_0
1. Dyskusja.
2. Doświadczenie.
m0d5ebe92b0798ee8_1528449514617_0
1. Praca indywidualna.
2. Praca grupowa.
m0d5ebe92b0798ee8_1528450127855_0
Uczniowie przypominają, na czym polega zjawisko indukcji elektromagnetycznej.
Na czym polega zjawisko indukcji elektromagnetycznej?
m0d5ebe92b0798ee8_1528446435040_0
Napięcie elektryczne otrzymywane w elektrowni sięga 20000 woltów przy natężeniu prądu rzędu tysięcy amperów. Z kolei napięcie w instalacji domowej – to tylko 230 V. Podczas przesyłu energii elektrycznej napięcie wielokrotnie się podwyższa, wykorzystuje się więc tzw. linie wysokiego napięcia. Ponowne obniżenie napięcia do wartości 230 V następuje przed instalacją domową. Również w domu znajdujemy wiele urządzeń, które wymagają różnego napięcia, np. ładowarka do telefonu, układy wewnątrz komputera czy dzwonek do drzwi, a zasilane są napięciem 230 V. Urządzenie, które umożliwia obniżanie lub podwyższanie napięcia, nazywamy transformatorem. Wykorzystuje on zjawisko indukcji elektromagnetycznej.
Definicja: Transformator to urządzenie, które pozwala na podwyższanie lub obniżanie napięcia zmiennego i jednocześnie przenosi energię elektryczną prądu zmiennego dzięki zjawisku indukcji elektromagnetycznej z jednego obwodu elektrycznego do drugiego.
Transformatory nie tylko obniżają lub podwyższają napięcie prądu zmiennego, ale także separują galwanicznie obwody elektryczne. Stosuje się to w celu ochrony przed porażeniem prądem elektrycznym, np. w pomieszczeniach o dużej wilgotności, w elektronarzędziach.
[Grafika interaktywna]
Transformator składa się z dwóch uzwojeń nawiniętych na żelazny rdzeń. Prąd zmienny w jednym uzwojeniu wytwarza zmienne pole magnetyczne. Pole to indukuje napięcie w drugim uzwojeniu.
Jeśli w uzwojeniu pierwotnym liczba zwojów jest większa niż we wtórnym to indukowane napięcie będzie niższe od pierwotnego – czyli mamy do czynienia z transformatorem obniżającym napięcie.
Jeśli w uzwojeniu pierwotnym liczba zwojów jest mniejsza niż we wtórnym, to indukowane napięcie będzie większe od pierwotnego – jest to transformator podwyższający napięcie.
Związek między napięciem a liczbą zwojów opisuje proporcja:
Polecenie 1
Uzwojenie pierwotne transformatora liczy 20 zwojów, a wtórne 400.
Ile będzie wynosiło napięcie wyjściowe, jeżeli napięcie wejściowe równe jest 500 V?
Odpowiedź:
UIndeks dolny ww = 10000 V.
Cechą charakterystyczną transformatora jest szybkość przekazu energii prądu zmiennego, zwana mocą transformatora. Moc oznaczana jest symbolem P, a jej jednostką jest wat (W).
Definicja: Moc – szybkość przekazywania energii. Symbol mocy to P, a jednostką w układzie SI jest wat (W).
Zgodnie z zasadą zachowania energii moc w uzwojeniu wtórnym powinna być równa mocy w uzwojeniu pierwotnym, przy założeniu braku strat energii:
Moc prądu jest iloczynem jego napięcia i natężenia, czyli:
Im większe napięcie, tym mniejsze musi być natężenie prądu. Możliwość zmiany napięcia jest zaletą prądu zmiennego. Wykorzystuje się to przy przesyłaniu energii elektrycznej na dalekie odległości. Przesył energii obarczony jest stratami wynikającymi z tego, że gdy w przewodzie płynie prąd, do otoczenia emitowane jest ciepło. Spowodowane jest to rezystancją przewodu. Straty są niepożądane, więc żeby je minimalizować do przesyłania prądu na duże odległości stosuje się wysokie napięcie, a małe natężenie. W elektrowniach napięcie wyjściowe wynosi około 20000 V i jest ono podwyższane nawet do 440000 V. W lokalnych stacjach transformatorowych obniża się jego wartość stopniowo, aż uzyskane zostanie napięcie potrzebne odbiorcy.
[Ilustracja 1]
Oprócz stacji transformatorowych transformatory znajdujemy praktycznie w każdym urządzeniu elektrycznym stosowanym na co dzień, np. wzmacniacze mocy, telewizor, zasilacz do komputera, ładowarka do baterii telefonu, itp.
m0d5ebe92b0798ee8_1528450119332_0
Transformator to urządzenie, które pozwala na podwyższanie lub obniżanie napięcia zmiennego i jednocześnie przenosi energię elektryczną prądu zmiennego dzięki zjawisku indukcji elektromagnetycznej z jednego obwodu elektrycznego do drugiego.