Электродинамика
Электромагнитные колебания и волны

Переменный ток. Трансформатор

Мякишев «Физика 11», переменный ток
1

Действующие значения

Приборы показывают и на розетках пишут действующие значения, а не амплитудные.
I=I02,U=U02I = \dfrac{I_0}{\sqrt{2}}, \qquad U = \dfrac{U_0}{\sqrt{2}}в сети действующее 220 В, амплитудное ≈ 311 В
Почему именно так2

Действующее значение — это такой постоянный ток, который выделял бы то же тепло. Оно и определяет реальный нагрев.

Частота бытовой сети 50 Гц: направление тока меняется 100 раз в секунду.

Не подставляй 220 В как амплитуду. В формулы мгновенных значений идёт U0≈311U_0 \approx 311 В.
2

Трансформатор

Работает на электромагнитной индукции и только на переменном токе: постоянный ток не даёт изменения потока.
U1U2=N1N2,U1I1=U2I2\dfrac{U_1}{U_2} = \dfrac{N_1}{N_2}, \qquad U_1 I_1 = U_2 I_2слева — холостой ход, справа — идеальный трансформатор под нагрузкой
Повышающий и понижающий3

Витков во вторичной обмотке больше — трансформатор повышающий.

Энергию он не создаёт: повышая напряжение, во столько же раз понижает ток.

Подключить трансформатор к батарейке бессмысленно — поток постоянен, ЭДС индукции нет.

⚗
Опыт в Физлабе
Трансформатор
Меняй число витков и следи за напряжением и током во вторичной обмотке.
Открыть опыт
3

Почему ЛЭП высоковольтные

Потери в проводах равны I2RI^2R. Уменьшить их проще всего, уменьшив ток — а для этого поднимают напряжение.
Цепочка передачи3

На электростанции трансформатор повышает напряжение до сотен киловольт — ток падает, потери падают квадратично.

У потребителя другой трансформатор понижает его обратно до 220 В.

Уменьшить RR толстыми проводами тоже можно, но медь дороже трансформаторов.

Разобранные примеры
Трансформатор: 10001000 витков в первичной обмотке, 100100 — во вторичной, напряжение на входе 220220 В. Найдите напряжение на выходе.разбор
  1. U1U2=N1N2\dfrac{U_1}{U_2}=\dfrac{N_1}{N_2}.
  2. U2=220⋅1001000=22U_2=220\cdot\dfrac{100}{1000}=22 В — это понижающий трансформатор.
Ответ: 2222 В
Амплитуда напряжения в сети 310310 В. Найдите действующее значение.разбор
  1. Uд=Umax⁡2U_{\text{д}}=\dfrac{U_{\max}}{\sqrt2}.
  2. 3101,41≈220\dfrac{310}{1{,}41}\approx220 В — именно это значение показывает вольтметр.
Ответ: ≈220\approx220 В