Transformator

Jak to możliwe, że z tego samego gniazda ładujemy telefon i zasilamy telewizor? Napięcie w gniazdku to 230 woltów, a telefon potrzebuje maksymalnie pięciu. Tak wysokie napięcie powinno spowodować, że telefon zacznie się palić. Ale faktycznie, telefon nie zaczyna się palić. Dlaczego tak się nie dzieje?

Czas otworzyć obudowę i sprawdzić, co mamy w środku. Chcemy zmniejszyć napięcie w gniazdku z 230 woltów do pięciu, żeby naładować telefon. W zmniejszeniu napięcia pomoże nam kawałek żelaza. Ten żelazny rdzeń jest z każdej strony owinięty miedzianym drutem. Jeśli przyjrzysz się uważnie, zobaczysz, że po lewej stronie jest więcej zwojów, niż po prawej.

Gdy przewodnik jest w ten sposób owinięty, nazywamy go uzwojeniem. Włóżmy teraz wtyczkę do gniazdka, żeby przesłać napięcie do lewego uzwojenia. Prąd biegnie teraz przez miedziany drut, a prąd płynący przez przewodnik tworzy pole magnetyczne wokół tego przewodnika. Jeśli budowałeś kiedyś elektromagnes, wiesz, jak to działa. W uzwojeniu zbudowanym z wielu takich zwojów z drutu miedzianego, nastąpi wzmocnienie pola magnetycznego i stanie się ono naprawdę silne wewnątrz uzwojenia.

A zatem im więcej mamy zwojów, tym silniejsze jest pole magnetyczne. A ponieważ uzwojenie zasilamy prądem przemiennym, prąd zmienia kierunki i krąży w tę i z powrotem. Tak samo zachowuje się pole magnetyczne. Żelazny rdzeń w uzwojeniu wpływa na wzmocnienie pola magnetycznego i umożliwia rozprzestrzenianie się pola aż na drugą stronę. Teraz pole magnetyczne zmienia kierunki także w prawym uzwojeniu. Uzwojenie zaczyna współgrać z wirującym polem magnetycznym.

Elektrony wewnątrz miedzianego przewodnika wyczuwają pole magnetyczne i zaczynają się poruszać, a poruszające się elektrony tworzą prąd. Wywołaliśmy w ten sposób prąd w prawym uzwojeniu. Po lewej prąd tworzy pole magnetyczne, a po prawej pole magnetyczne tworzy prąd. Żelazny rdzeń wzmacnia pole magnetyczne i przenosi je z jednego uzwojenia do drugiego. Nieźle, co? Gdybyśmy chcieli tylko przesłać prąd, wystarczyłoby nawinąć przewodnik od lewej do prawej i gotowe.

Chcemy jednak także zmniejszyć napięcie, dlatego ważne jest, ile razy przewodnik jest owinięty wokół rdzenia w każdym uzwojeniu. Strona, po której będzie najwięcej zwojów będzie miała najwyższe napięcie. Ponieważ chcemy zmniejszyć napięcie, powinniśmy mieć mniej zwojów w prawym uzwojeniu, niż w lewym. Lewe uzwojenie, do którego prąd trafia najpierw, nazywamy uzwojeniem pierwotnym a prawe uzwojenie, to uzwojenie wtórne. W uzwojeniu pierwotnym mamy 230 woltów.

Jeśli chcemy podzielić to napięcie na pół, potrzebujemy tyle samo zwojów w uzwojeniu wtórnym, co w pierwotnym. Chcemy jednak zmniejszć napięcie z 230 do pięciu woltów. W postaci ułamka zapiszemy to jako napięcie wtórne podzielone przez napięcie pierwotne. Jeśli wiemy, że uzwojenie pierwotne ma 460 zwojów, ile zwojów powinno być w uzwojeniu wtórnym? Oznacz liczbę zwojów w uzwojeniu wtórnym jako X i rozwiąż równanie.

W uzwojeniu wtórnym musi być dziesięć zwojów, aby zmniejszyć napięcie. Wtedy możemy naładować telefon. W ten sposób przekształciliśmy napięcie z 230 do pięciu woltów. Jeśli w prawym uzwojeniu użyjemy więcej zwojów - powiedzmy 920 - wtedy napięcie wzrośnie. Ale chwileczkę!

Skąd się bierze to wyższe napięcie? Nie da się wytworzyć dodatkowej energii znikąd, prawda? Gdy zwiększamy napięcie, natężenie prądu spada. Podwojenie napięcia oznacza zmniejszenie natężenia prądu o połowę. No niezupełnie.

Część energii ucieka w postaci ciepła. Dotknij i sprawdź. Transformator przydaje się, jeśli chcemy zwiększyć lub zmniejszyć napięcie prądu przemiennego. Albo po prostu ogrzać stopy w zimny poranek.