ogarniam.edu.pl
Klasa
Zacznij naukę →Zacznij →

ogarniam.edu.pl · Fizyka · Indukcja i prąd przemiennyklasa 3 LO · fiszki i quiz: ogarniam.edu.pl/lo/3/fizyka/transformator-i-przesyl-energii/

Fizyka · Indukcja i prąd przemienny · kl. 3 · zakres rozszerzony

Transformator i przesył energii

Transformator zmienia napięcie prądu przemiennego bez ruchomych części. Dzięki niemu energia dociera z elektrowni do domu z małymi stratami.

ok. 3 min czytania9 fiszek8 pytań w quizie🔊 Posłuchaj notatki

1Jak działa transformator

  • Transformator to dwa uzwojenia na wspólnym rdzeniu ferromagnetycznym. Prąd przemienny w uzwojeniu pierwotnym wytwarza zmienny strumień w rdzeniu, który indukuje napięcie w uzwojeniu wtórnym. Prąd stały daje stały strumień – napięcie wtórne pojawi się tylko przy włączaniu i wyłączaniu.
  • Oznaczenia: U1, U2 — napięcia skuteczne na uzwojeniu pierwotnym i wtórnym [V]; N1, N2 — liczby zwojów; I1, I2 — natężenia skuteczne [A]; P — moc [W].
~U₁U₂N₁N₂strumień Φ w rdzeniu
Transformator: uzwojenie pierwotne (N₁) i wtórne (N₂) na wspólnym rdzeniu ferromagnetycznym
Zapamiętaj

Dla transformatora idealnego (bez strat): U2 przez U1 = N2 przez N1, P1 = P2, więc I2 przez I1 = N1 przez N2.

  • N2 > N1: napięcie rośnie, prąd maleje (podwyższający); N2 < N1: odwrotnie (obniżający). Rzeczywiste straty: opór uzwojeń, prądy wirowe w rdzeniu (stąd rdzeń z cienkich, izolowanych blach) i histereza.

2Przykład

  • Dane: N1 = 1150, U1 = 230 V, U2 = 12 V; odbiornik pobiera P = 24 W.
  • Wzory: N2 = N1 · U2 przez U1; I2 = P przez U2, I1 = P przez U1 (bo P1 = P2).
  • Obliczenia: N2 = 1150 · 12 przez 230 = 60; I2 = 24 przez 12 A = 2 A; I1 = 24 przez 230 A ≈ 0,10 A.
  • Odpowiedź: N2 = 60 zwojów, I2 = 2 A, I1 ≈ 0,10 A; prąd wtórny jest ok. 19 razy większy, bo N1 : N2 ≈ 19.
Sprawdź, czy rozumiesz

Dlaczego transformator nie działa przy stałym prądzie w uzwojeniu pierwotnym?

3Przesył energii

  • Linia ma opór Rl [Ω]. Straty w linii to ΔP = I2 · Rl, gdzie I = P przez U: wyższe napięcie daje mniejszy prąd i dużo mniejsze straty.
  • Przykład 2. Moc 1 MW, Rl = 10 Ω. Przy 10 kV: I = 106 przez 104 A = 100 A, ΔP = 1002 · 10 W = 100 kW (10%). Przy 100 kV: I = 10 A, ΔP = 102 · 10 W = 1 kW (0,1%).
  • Przy elektrowni napięcie się podwyższa, a przy odbiorcach obniża do 230 V.
Uwaga na błąd

„transformator zwiększa moc”

Podwyższa napięcie, ale prąd maleje w tym samym stosunku; w idealnym transformatorze P1 = P2.

✎Ściąga: Transformator i przesył energii

Najważniejsze w pigułce – przeczytaj tuż przed kartkówką lub sprawdzianem.

  • Dla transformatora idealnego (bez strat): U2 przez U1 = N2 przez N1, P1 = P2, więc I2 przez I1 = N1 przez N2.
  • Transformator to dwa uzwojenia na wspólnym rdzeniu ferromagnetycznym. Prąd przemienny w uzwojeniu pierwotnym wytwarza zmienny strumień w rdzeniu, który indukuje napięcie w uzwojeniu wtórnym. Prąd stały daje stały strumień – napięcie wtórne pojawi się tylko przy włączaniu i wyłączaniu.
  • Oznaczenia: U1, U2 — napięcia skuteczne na uzwojeniu pierwotnym i wtórnym [V]; N1, N2 — liczby zwojów; I1, I2 — natężenia skuteczne [A]; P — moc [W].
  • Dane: N1 = 1150, U1 = 230 V, U2 = 12 V; odbiornik pobiera P = 24 W.
  • Wzory: N2 = N1 · U2 przez U1; I2 = P przez U2, I1 = P przez U1 (bo P1 = P2).
  • Obliczenia: N2 = 1150 · 12 przez 230 = 60; I2 = 24 przez 12 A = 2 A; I1 = 24 przez 230 A ≈ 0,10 A.
  • Odpowiedź: N2 = 60 zwojów, I2 = 2 A, I1 ≈ 0,10 A; prąd wtórny jest ok. 19 razy większy, bo N1 : N2 ≈ 19.
  • Przykład 2. Moc 1 MW, Rl = 10 Ω. Przy 10 kV: I = 106 przez 104 A = 100 A, ΔP = 1002 · 10 W = 100 kW (10%). Przy 100 kV: I = 10 A, ΔP = 102 · 10 W = 1 kW (0,1%).

?Quiz: powtórz przed kartkówką

8 pytań w stylu kartkówki i sprawdzianu. Odpowiedz w myślach, potem sprawdź odpowiedź. Rozwiąż quiz z wynikiem – każda odpowiedź ma wyjaśnienie.

  1. Dla transformatora idealnego stosunek napięć U2/U1 jest równy

    1. AN1·N2
    2. BN2/N1
    3. CN1/N2
    4. DI2/I1
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: N2/N1 – Napięcia mają się tak jak liczby zwojów; prądy – odwrotnie.

  2. Uzwojenie pierwotne ma 1150 zwojów i jest zasilane napięciem 230 V. Aby uzyskać 12 V, uzwojenie wtórne musi mieć

    1. A12 zwojów
    2. B1150 zwojów
    3. C60 zwojów
    4. D22 042 zwoje
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: 60 zwojów – N2 = N1·U2/U1 = 1150·12/230 = 60 (22 042 wychodzi z odwróconej proporcji).

  3. Dlaczego transformator nie działa przy stałym prądzie w uzwojeniu pierwotnym?

    1. APrąd stały nie płynie przez miedź
    2. BStrumień w rdzeniu jest stały i nie indukuje napięcia
    3. CPrąd stały jest za słaby
    4. DRdzeń by się stopił
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: Strumień w rdzeniu jest stały i nie indukuje napięcia – Napięcie indukuje się tylko przy zmiennym strumieniu.

  4. Transformator idealny obniża napięcie z 230 V do 12 V. Prąd w uzwojeniu wtórnym w porównaniu z pierwotnym jest

    1. A12 razy większy
    2. Bokoło 19 razy większy
    3. Cokoło 19 razy mniejszy
    4. Dtaki sam
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: około 19 razy większy – P1 = P2, więc I2/I1 = U1/U2 = 230/12 ≈ 19.

  5. Po co energię elektryczną przesyła się przy bardzo wysokim napięciu?

    1. AAby zwiększyć opór linii
    2. BAby zwiększyć przesyłaną moc ponad moc elektrowni
    3. CAby zmniejszyć prąd i straty I²R w liniach
    4. DAby zmienić częstotliwość prądu
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: Aby zmniejszyć prąd i straty I²R w liniach – Przy stałej mocy P = UI wyższe U oznacza mniejsze I, a straty rosną z kwadratem prądu.

  6. Linia o oporze 10 Ω przesyła moc 1 MW przy napięciu 100 kV. Natężenie prądu i straty mocy w linii to

    1. A10 A i 100 W
    2. B10 A i 10 kW
    3. C100 A i 100 kW
    4. D10 A i 1 kW
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: 10 A i 1 kW – I = P/U = 106/105 A = 10 A, ΔP = I²R = 10²·10 W = 1 kW.

  7. Jakie straty energii występują w rzeczywistym transformatorze?

    1. AWyłącznie zmiana częstotliwości prądu
    2. BWyłącznie promieniowanie świetlne
    3. CŻadne – każdy transformator jest idealny
    4. DCiepło w uzwojeniach, prądy wirowe i histereza w rdzeniu
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: Ciepło w uzwojeniach, prądy wirowe i histereza w rdzeniu – Część energii zamienia się na ciepło w uzwojeniach i w rdzeniu.

  8. Transformator obniżający napięcie ma

    1. Ardzeń z miedzi zamiast z żelaza
    2. Bmniej zwojów w uzwojeniu wtórnym niż w pierwotnym
    3. Cwięcej zwojów w uzwojeniu wtórnym niż w pierwotnym
    4. Dtyle samo zwojów w obu uzwojeniach
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: mniej zwojów w uzwojeniu wtórnym niż w pierwotnym – U2 < U1 wymaga N2 < N1.

Cały dział „Indukcja i prąd przemienny”: ściąga i próbny sprawdzian →

Kartkówka albo sprawdzian już blisko?

Rozwiąż quiz z wynikiem i powtórz materiał na fiszkach. Każda odpowiedź ma wyjaśnienie, a postęp zapisuje się bez zakładania konta.

Więcej: Fizyka, klasa 3

Ładunek elektryczny i pole elektryczneKondensator – magazyn energii polaPrawo CoulombaNatężenie pola elektrycznegoEnergia potencjalna, potencjał i napięciePrzewodnik w polu i kondensator płaskiNatężenie, napięcie i prawo OhmaOpór przewodnika i charakterystyki I(U)I prawo Kirchhoffa i napięcia ogniwOpór zastępczy i II prawo KirchhoffaSEM i opór wewnętrzny ogniwaMoc, energia i dane znamionoweCiepło Joule’a–LenzaDioda i instalacja domowaMagnesy i linie pola magnetycznegoIndukcja magnetycznaSiła magnetyczna na ładunek i przewodnik z prądemSiła Lorentza i siła elektrodynamicznaTor cząstki, silnik i przewody równoległeFerromagnetyki i pole magnetyczne ZiemiIndukcja elektromagnetyczna i prądnicaStrumień, SEM indukcji i reguła LenzaPrąd przemiennyWartości skuteczne napięcia i natężeniaFale elektromagnetyczne i widmoNatężenie faliDyfrakcja i interferencja na szczelinachSiatka dyfrakcyjnaEfekt Dopplera – wzórZałamanie światła i kąt granicznySoczewki cienkie i obrazyPolaryzacja, prawo Malusa i laserFoton, widma i poziomy energii atomuZjawisko fotoelektryczne i jonizacjaIzotopy i promieniowanie jądroweCzas połowicznego rozpaduDeficyt masy i energia wiązaniaRozszczepienie, synteza i energia gwiazdPromieniowanie jonizujące a organizmFizyka współczesna – treści fakultatywneDoświadczenia z klasy III i opis wynikuDoświadczenia R, model i uzasadnienieRuch harmoniczny – wychylenie, prędkość, przyspieszenieSprężyna, wahadło, energia i rezonansBilans cieplny i przemiany fazoweGaz doskonały – równanie Clapeyrona i przemianyModel kinetyczny gazu i ciepło moloweSilniki cieplne i II zasada termodynamiki