🔄 Transformátor

Jak funguje

O čem to je

Mobil potřebuje kolem 5 V, zásuvka dává 230 V a dálkové vedení stovky tisíc voltů. Napětí se po cestě mnohokrát mění. Dělá to transformátor – bez něj by moderní elektřina nefungovala.

Nové pojmy

Napětí„Tlak“, kterým zdroj žene proud obvodem. Ve voltech (V).Zásuvka 230 V, baterie 4,5 V.
Cívka a závitCívka je drát navinutý do smyček. Jedna smyčka je závit.Cívka s 200 závity.
Elektromagnetická indukceKdyž se v cívce mění magnetické pole, vznikne v ní napětí.Pohybuješ magnetem v cívce a měřidlo ukáže proud.
Střídavý proudProud, který pravidelně mění směr (v zásuvce 50× za sekundu).Proud ze sítě.

Stavba transformátoru

  • Primární cívka – připojená ke zdroji (vstup).
  • Sekundární cívka – připojená ke spotřebiči (výstup).
  • Jádro z tenkých železných plechů – spojuje obě cívky a vede magnetické pole.

Co se děje uvnitř

Primární cívkou teče střídavý proud.
Vytvoří v jádře magnetické pole, které se pořád mění (střídá směr).
Jádro to pole přivede do sekundární cívky.
Měnící se pole v sekundární cívce indukuje napětí.
Čím víc závitů má sekundární cívka, tím větší napětí v ní vznikne.

Vyzkoušej si to

Roztřiď: kde transformátor napětí zvyšuje a kde snižuje? (N₁ je počet závitů primární cívky, N₂ sekundární.)

Proč transformátor nefunguje s baterií?
Baterie dává stejnosměrný proud. Ten vytvoří stálé magnetické pole, které se nemění. Bez změny pole nevznikne indukované napětí.
Proč je jádro z tenkých izolovaných plechů, a ne z jednoho kusu železa?
V plném kusu železa by měnící se pole vyvolalo vířivé proudy, které jádro zahřívají a plýtvají energií. Plechy oddělené izolací je omezí.
✗Transformátor zvýší napětí i proud, takže „vyrobí“ energii navíc.
✓Když zvýší napětí, proud se úměrně zmenší.

Energie nemůže vzniknout z ničeho. Kolik transformátor odebere, víc dát nemůže (část se navíc ztratí teplem).

Transformátor mění střídavé napětí díky elektromagnetické indukci. Víc závitů na sekundární cívce = vyšší napětí (a menší proud).

Výpočty

O čem to je

Konstruktér nabíječky musí přesně vědět, kolik závitů navinout, aby z 230 V dostal potřebné napětí. Stačí na to jednoduchý poměr.

Nové pojmy

Primární a sekundární cívkaPrimární (index 1) je připojená ke zdroji, sekundární (index 2) ke spotřebiči. Obě jsou na společném železném jádře.U₁ = 230 V na primární cívce.
Počet závitů NKolikrát je drát cívky omotán kolem jádra. N₁ primární, N₂ sekundární.N₁ = 1 000, N₂ = 100.
Transformační poměr kKolikrát má sekundární cívka víc závitů než primární: k = N₂ : N₁.N₁ = 500, N₂ = 2 000 → k = 4.

Pravidlo

Každý závit „dostane“ stejný kousek napětí. Proto napětí roste stejně jako počet závitů: U₂ : U₁ = N₂ : N₁.

  • k > 1 → transformátor napětí zvyšuje.
  • k < 1 → napětí snižuje.
  • Proud se mění opačně: napětí 10× víc → proud 10× méně (u ideálního transformátoru).
Spočítej poměr závitů N₂ : N₁.
Vynásob jím vstupní napětí: U₂ = U₁ · N₂ : N₁.
Zkontroluj: má-li sekundár víc závitů, musí vyjít víc voltů.
N₁ = 200, N₂ = 1 000, U₁ = 12 V. Jaké je U₂?
Poměr 1 000 : 200 = 5. U₂ = 12 · 5 = 60 V.
N₁ = 1 000, N₂ = 100, U₁ = 230 V. Jaké je U₂?
Poměr 100 : 1 000 = 0,1. U₂ = 230 · 0,1 = 23 V.
Transformátor mění 230 V na 11,5 V. Primární cívka má 2 000 závitů. Kolik má sekundární?
Napětí klesne 230 : 11,5 = 20krát. Závitů musí být 20krát méně: 2 000 : 20 = 100.
  • N₂ > N₁ – zvyšuje napětí, proud zmenší
  • N₂ < N₁ – snižuje napětí, proud zvětší
  • k = 4 – napětí 4× větší
  • stejnosměrný proud – transformátor nefunguje

Než kartu otočíš, řekni si odpověď sám.

✗N₁ = 200, N₂ = 1 000, U₁ = 12 V → U₂ = 12 : 5 = 2,4 V
✓U₂ = 12 · 5 = 60 V

Sekundární cívka má víc závitů, takže napětí musí vzrůst, ne klesnout.

U₂ : U₁ = N₂ : N₁, k = N₂ : N₁. Víc závitů na výstupu = vyšší napětí a menší proud.
〰️Střídavý proud💡Polovodiče