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
• 变压器
  • 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。
  • 组成
    • 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。
  • 应用
    • 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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