Indukční pec

Pokus číslo: 899

  • Cíl pokusu

    Pokus demonstruje model indukční pece. Jedná se o příklad transformace dolů (z vyššího na nižší napětí) se sekundárním vinutím nakrátko.

  • Teorie

    Transformátor je tvořen primární a sekundární cívkou, které jsou nasazeny na společném jádře. Pokud na primární cívku přivedeme střídavé napětí, vytvoří se okolo ní proměnné magnetické pole, díky kterému se bude v sekundární cívce indukovat napětí a (v případě uzavřeného obvodu) poteče v ní proud. Velikost indukovaného sekundárního napětí je dána tzv. transformačním poměrem:

    \[\frac{U_2}{U_1}=\frac{N_2}{N_1},\]

    kde U je napětí na primární resp. sekundární cívce a N je počet závitů primární resp. sekundární cívky.

    Pokud má primární cívka víc závitů než sekundární, dochází k tzv. transformaci dolů a na sekundární cívce se indukuje menší napětí než přivádíme na primární. Proud, který sekundární cívkou teče, ale naopak s klesajícím napětím roste.

    Ve vodiči, kterým teče proud, vzniká tzv. Jouleovo teplo a vodič se zahřívá. Množství vzniklého tepla je přímo úměrné druhé mocnině proudu:

    \[Q=R\cdot t\cdot I^2,\]

    kde R je odpor vodiče a t je čas zahřívání. Je-li proud dostatečně velký, může tak v krátké době dojít až k roztavení vodiče.

  • Pomůcky

    • lístkové jádro tvaru „U“ a „I“
    • upínací zařízení
    • cívka 600 závitů
    • kruhový žlábek s držadlem a kouskem cínu nebo pájky
    • papírový obal jádra
    • spojovací vodiče
    • rozdvojka nebo prodlužovací šňůra

    Pomůcky

  • Postup

    Sestavte uzavřený transformátor, jako primární použijte cívku 600 z. Sekundární cívku tvoří žlábek s kouskem cínu (resp. pájky), který je na jádro nasazen přes papírový obal.

    Transformátor upevněte do upínacího zařízení, primární cívku připojte k síťovému napětí 230 V a pozorujte chování kovu ve žlábku.

    Pozn. Dbejte na bezpečnost! Vodiče připojujte k síťovému napětí pomocí rozdvojky nebo prodlužovačky.

  • Vzorový výsledek

    Pozn. Video je natáčené v reálném čase, k roztavení pájky dojde během několika málo desítek sekund.

  • Komentář — velikost proudu tekoucího žlábkem

    Velikost proudu tekoucího žlábkem lze odhadnout dvěma způsoby:

    • Z kalorimetrické rovnice a skupenského tepla tání spočítat teplo, které je potřeba na roztavení kovu a pomocí Jouleova tepla a času potřebného na roztavení spočítat proud. Potřebné údaje lze buď změřit nebo najít v MFCHT.
    • Ampérmetrem lze změřit proud v primární cívce, sekundární proud potom můžeme odhadnout pomocí obráceného transformačního poměru (předpokládáme-li ideální transformátor).

    Oběma způsoby vychází proud ve žlábku na přibližně 100 až 200 A.

  • Technické poznámky

    • Dbejte na bezpečnost! Žlábek je velmi horký a hrozí popálení.
    • Nemáme-li k dispozici cín ani pájku, lze žlábek naplnit vodou a pozorovat, za jak dlouho voda začne vřít.
Typ pokusu: kvalitativní
Věková skupina: od 2. stupně základní školy
Potřebné vybavení: proveditelné s pomůckami, které se na školách obvykle vyskytují
Čas přípravy pokusu: 3–10 minut
Čas provedení pokusu: do 3 minut
Pokus je zachycen na videu