导图社区 普通高中物理选择性必修二 第三章第3节 变压器
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普通高中物理选择性必修二 第三章第3节 变压器
内容来源|普通高中教科书 物理 选择性必修第二册 人民教育出版社 软件|亿图脑图MindMaster
生产生活中有各种变压器,变压器是如何改变电压的呢?
变压器的原理
变压器
得名
在输入的交流电压一定时,原线圈、副线圈取不同的匝数,副线圈输出的电压也不一样,变压器由此得名。
组成
闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈
与交流电源连接的线圈叫作原线圈,也叫初级线圈。
与负载连接的线圈,叫作副线圈,也叫次级线圈。
工作基础
互感现象
电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场。由于电流的大小、方向在不断变化,铁芯中的磁场也在不断变化。
变化的磁场在副线圈中产生感应电动势,所以尽管两个线圈之间没有导线相连,副线圈也能够输出电流。
实验
探究 变压器原、副线圈电压与匝数的关系
实验思路
实验中注意控制变量
保持原线圈输入的电压一定。
改变原、副线圈的匝数。
测量副线圈上的电压。
利用可拆变压器探究
能方便地从不同接线柱上选取不同匝数的线圈。
物理量的测量
先写出操作步骤,画出电路图。
保持原线圈的匝数不变,改变副线圈的匝数,研究其对副线圈电压的影响。
保持副线圈的匝数不变,研究原线圈的匝数对副线圈电压的影响。
注意安全事项
连接电路后要由同组的几位同学分别独立检查,并经过确认。只有这时才能接通电源。
为了保证人身安全,只能使用低压交流电源,所用电压不要超过12V;即使这样,通电时也不要用手接触裸露的导线、接线柱。
为了保证多用电表的安全,使用交流电压挡测电压时,先用最大量程挡试测,大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量。
数据处理
寻找原、副线圈匝数与副线圈电压的关系。
结论分析
变压器原、副线圈的匝数之比不同,原、副线圈上的电压之比也不一样。
实验数据没有严格遵从:原、副线圈上的电压之比等于它们的匝数之比。
损耗分析:变压器线圈通过电流时会发热;铁芯在交变磁场的作用下会发热;交变电流产生的磁场也不可能完全局限在铁芯内。
理想变压器:没有能量损耗的变压器叫作理想变压器。
是一个理想化模型。
电压与匝数的关系
电压
理想变压器:原、副线圈的电压之比,等于原、副线圈的匝数之比。
功率
变压器的输出功率与输入功率之比,叫作变压器的效率。
理想变压器的效率是100%。
实际上变压器的效率都是比较高的,特别是电力设备中的巨大变压器,在满负荷工作时效率可以超过95%。
在精度要求不太高的情况下,可当成理想变压器进行计算。
电流
利用功率与电压的关系,推导出理想变压器原、副线圈中电流大小与它们的线圈匝数之间的关系。
能量
变压器输送电能是利用了电磁感应
在原线圈上由变化的电流激发了一个变化的磁场,即电场的能量转变成磁场的能量。
通过铁芯使变化的磁场几乎全部穿过了副线圈,于是在副线圈上产生了感应电流,磁场的能量转化成了电场的能量。
应用
副线圈的电压比原线圈的电压低,这样的变压器为降压变压器,反之为升压变压器。
实际中需要改变交流电压的情况是很多的:大型发电机发出的交流电压为几万伏;远距离输电需要几十万伏以上的电压;家用电器需要220V的电压;手机的锂电池电压一般为3.7V;老式电视机显像管需要20kV以上的高电压,等等。
由于有了变压器,交流的电压容易改变,所以交流得到了广泛的应用。
科学漫步 无线充电技术
无线充电
原理
变压器利用电磁感应,电能从原线圈不必经过导线直接连接就转移到的副线圈。
无线充电,基于与变压器相同的原理而产生,只不过变压器磁场的回路是铁芯,而无线充电装置磁场的回路是空气。
无线充电技术通过分别安装在充电基座和接收能量的装置上的线圈,利用产生的磁场传递能量。
如果移动电话中有无线充电装置,那么把移动电话直接放在充电基座上就可以充电。
如果没有无线充电功能,也可以通过在移动电话端连接一个无线充电接收器,将接收器放电无线充电基座上进行充电。
目前有移动电话、数字照相机、电动牙刷等电子产品采用无线充电技术。
优缺点
优点:使用方便,减少触电危险、不易老化磨损。
缺点:传输距离短、成本高、能量损耗大。
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