Принцип дії трансформатора

Мета: ознайомимося з принципом роботи трансформатора та дослідимо, як його ефективність залежить від наявності та матеріалу осердя.

Illustration

Дослід здійснено за допомогою набору для проведення лабораторних та демонстраційних робіт з курсу електрики та магнетизму EdPro AMPERIA

ПІДГОТОВКА ДО ПРАКТИЧНОГО ЗАНЯТТЯ

1.

Підготуйте необхідне для виконання експериментів обладнання та переконайтеся у його справності.Інформацію про комплектацію набору EdPro Amperia та інструкцію з його використання можна знайти за посиланням https://amperia.edpro.ua/instruction.

Illustration

трансформатор(з осердям та без нього)

Illustration

мультиметр

Illustration

джерело струму

Illustration

світлодіод

Illustration

з’єднувальні провідники

Залізний цвях (не входять до складу набору EdPro Amperia).

2.

Роздрукуйте роздаткові матеріали для учнів відповідно до кількості робочих груп. Набір EdPro Amperia призначений для роботи групи з 4-х учнів.Роздаткові матеріали з лабораторної роботи можна завантажити, натиснувши на кнопку "МАТЕРІАЛИ ДЛЯ УЧНІВ".

3.

Перед початком практичної роботи нагадайте учням основні поняття та закони до цієї теми, а також ознайомте їх з технікою безпеки.

ТЕХНІКА БЕЗПЕКИ

 Експеримент розраховано на демонстраційний трансформатор Amperia, який, через необхідність бути наочним, є не дуже ефективним. Якщо у роботі використати більш ефективний трансформатор і, як наслідок, отримати більший вихідний струм, то світлодіод може вийти з ладу. Повний текст рекомендацій з техніки безпеки під час роботи з набором EdPro Amperia доступний за посиланням https://amperia.edpro.ua/safety.

ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ ТА ЗАКОНИ

Електричні та магнітні поля — взаємопов’язані

Електричний струм у провіднику створює магнітне поле навколо нього: постійний струм — постійне магнітне поле, а змінний — змінне магнітне поле.Є й зворотній зв’язок. Змінне магнітне поле створює електрорушійну силу у провідниках, розташованих неподалік, тобто здатне створювати струм у них, якщо коло замкнуте.Це явище називається електромагнітною індукцією. Для постійного магнітного поля такого ефекту немає.

Найпростіший трансформатор

Найпростіший трансформатор складається з двох котушок (обмоток), розташованих так, щоб одна із них була в магнітному полі іншої, наприклад, одна всередині іншої.

Illustration

На першу обмотку подається вхідна напруга, що генерує струм у другій обмотці.

Характеристики трансформатора

Вихідна напруга (на вторинній обмотці) трансформатора залежить від:- вхідної напруги- частоти струму- кількості витків кожної обмотки
Ефективність трансформатора також залежить від того, наскільки добре поширюється магнітне поле. Для підсилення магнітного поля використовують осердя із заліза чи фериту — матеріалів із низьким магнітним опором.

Промислові трансформатори

Промислові трансформатори, зазвичай, мають сталеву основу, а обмотки — розміщені на відстані одна від одної.

Illustration

ХІД РОБОТИ З НАБОРОМ AMPERIA

1.

Illustration
Illustration

Складаємо коло за схемою, використовуючи трансформатор з феритовим осердям.

Illustration

Режим обирається кнопкою справа від екрана, а ручкою керування можна задати напругу та частоту струму.Щоб перемикатися між цими показниками, перш ніж крутити, натискайте на ручку керування. Довгий натиск на ручку дозволяє більш точно налаштовувати частоту.

2.

Illustration
Illustration

Вмикаємо джерело струму.Подаємо змінний струм із частотою 5 кГц та напругою 3 В.

3.

Illustration
Illustration

Міняємо трансформатор на трансформатор БЕЗ осердя та перевіряємо, чи світиться світлодіод у цьому випадку та як змінюється його яскравість, якщо він світиться.Поміщаємо у трансформатор залізне осердя (наприклад цвях) та спостерігаємо за світлодіодом.

Додаткове завдання №2

4.

Illustration
Illustration

Мультиметр у режимі вимірювання змінного струму.

Illustration

Режим обирається нижньою кнопкою справа від екрана.

Під’єднуємо у коло мультиметр в режимі вимірювання змінного струму. Змінюємо частоту струму на вході й спостерігаємо за зміною вихідної напруги.

Зверніть увагу!Приклади зібраних електричних кіл з використанням компонентів EdPro Amperia та показники на приладах у цьому розділі надані лише в якості ілюстрації, а не як критерій правильності виконання експерименту. Може бути декілька правильних способів зібрати електричне коло за схемою (з перестановками елементів кола, різними варіантами підключення магнітних з'єднань провідників тощо).Рекомендуємо давати учням лише формальну постановку задачі та можливість знайти власний варіант її практичного розв'язку.

Illustration

Найпростіше електричне коло

Illustration

Провідники та діелектрики

Illustration

Залежність сили струму від напруги на ділянці кола та від опору цієї ділянки. Закон Ома для ділянки кола постійного струму

Illustration

Вимірювання опору провідника за допомогою вольтметра та амперметра

Illustration

Гальванічний елемент

Illustration

Послідовне з’єднання провідників

Illustration

Паралельне з'єднання провідників

Illustration

Залежність опору від матеріалу, довжини та площі перерізу провідника

Illustration

Взаємодія електромагніту з постійним магнітом

Illustration

Електромагнітна індукція

Illustration

Явище самоіндукції

Illustration

Вимірювання ЕРС і внутрішнього опору джерела струму

Illustration

Дослід Ерстеда з магнітною стрілкою

Illustration

Принцип дії трансформатора

Illustration

Вольт-амперна характеристика напівпровідникового діода

Illustration

Конденсатор. Збереження електричної енергії, заряджання та розряджання конденсатора