Uczeń, jak każdy człowiek, chce umieć coś zrobić samodzielnie Spisy zadań Rozwiązane zadania z fizyki szkolnej - gimnazjum i szkoły ponadgimnazjalne (licea i technika) 422. Natężenie prądu w obwodzie wtórnym transformatora. Zadanie i jego rozwiązanie.

Transformator ma w uzwojeniu pierwotnym n1 zwojów a w uzwojeniu wtórnym n2 zwojów.

W uzwojeniu pierwotnym płynie prąd przemienny o natężeniu skutecznym Iskut1 amperów.

Jakie jest natężenie skuteczne prądu w uzwojeniu wtórnym?

Praktyczne wykorzystanie zjawiska indukcji elektromagnetycznej - transformator

Indukowanie siły elektromotorycznej przez zmieniające się pole magnetyczne znalazło szerokie zastosowanie w transformatorach.

Wykorzystywane są one w wielu dziedzinach energetyki, w elektronice, w komputerach, w zasilaczach, ładowarkach starszego typu.

Podstawowe własności transformatora dobrze ilustruje typowe szkolne zadanie z fizyki.

Zadanie

przykład rozwiązania zadania
Transformator ma w uzwojeniu pierwotnym n₁ zwojów a w uzwojeniu wtórnym n₂ zwojów.

W uzwojeniu pierwotnym płynie prąd przemienny o natężeniu skutecznym I_skut1 amperów.

Jakie jest natężenie skuteczne prądu w uzwojeniu wtórnym?

Rozwiązanie

Transformator podłączony jest do napięcia przemiennego (uzwojenie pierwotne). Wartość napięcia skutecznego wynosi U_skut1.
Prąd płynący rzez uzwojenie pierwotne ma wartość skuteczną natężenia I_skut1.

W uzwojeniu wtórnym indukowane jest napięcie przemienne. Wartość skuteczna tego napięcia wynosi U_skut2.

Jeśli do uzwojenia wtórnego dołączymy odbiornik (zamkniemy obwód), to w tym obwodzie popłynie prąd o natężeniu skutecznym Iskut2.

Dla obliczenia napięć skutecznych i natężeń skutecznych musimy przyjąć założenie o braku rozpraszania energii.

Zakładamy więc, że transformator jest idealny, tzn. że nie ma w nim strat energii.
Strata energii w rzeczywistym transformatorze polega na przekształceniu dostarczonej do transformatora energii elektromagnetycznej prądu przemiennego w uzwojeniu pierwotnym na energię wewnętrzną uzwojenia pierwotnego oraz energię wewnętrzną uzwojenia wtórnego i energię fal elektromagnetycznych emitowanych przez oba uzwojenia. Oznacza to, że oba uzwojenia się grzeją i wysyłają fale elektromagnetyczne.

Energia stracona w transformatorze jest niewielka w porównaniu z energią dostarczoną do niego. Transformatory należą do urządzeń o bardzo wysokiej sprawności.

Przyjęcie założenia o braku strat energii w transformatorze oznacza, że moc otrzymana w obwodzie uzwojenia wtórnego jest równa mocy dostarczonej do obwodu uzwojenia pierwotnego.

Moc prądu elektrycznego obliczamy mnożąc napięcie przyłożone do obwodu przez natężenie prądu płynącego w tym obwodzie (zakładamy, że w obwodzie nie ma elementów indukcyjnych i pojemnościowych).

W każdym pojedynczym zwoju uzwojenia wtórnego transformatora indukuje się takie samo napięcie (siła elektromotoryczna).
Napięcie przyłożone do uzwojenia pierwotnego rozkłada się równomiernie na poszczególne zwoje tego uzwojenia (założenie – uzwojenie pierwotne jest idealne - ma identyczne zwoje, podobnie uzwojenie wtórne jest idealne – ma identyczne zwoje).

W pojedynczym zwoju uzwojenia pierwotnego jest takie samo napięcie jak indukowana w każdym zwoju uzwojenia wtórnego siła elektromotoryczna.






Transformator jest klasycznym przykładem wykorzystania zjawiska indukcji elektromagnetycznej. Podstawowym prawem opisującym to zjawisko jest prawo indukcji elektromagnetycznej Faraday'a.
W analizie transformatora wykorzystujemy jeszcze zasadę zachowania energii oraz prawo Ohma.


422.3-2009.03.31