Sbírka fyzikálních pokusů

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 sekundární cívka více závitů než primární (mluvíme o tzv. transformaci nahoru), indukuje se na sekundární straně větší napětí než přivádíme na primární stranu. Tento případ je ukázán v pokusu Růžková bleskojistka.

  Naopak, pokud má sekundární cívka méně závitů než primární, dochází k tzv. transformaci dolů. Napětí na sekundární cívce je menší než na primární, ale za to je na sekundární cívce větší proud. Pro ideální transformátor platí tzv. obrácený transformační poměr – kolikrát se zmenší napětí, tolikrát se zvětší proud. Použitý transformátor sice není ideální, ale i přesto se proud zvětší řádově stokrát.

  V našem případě má primární cívka 600 závitů, sekundární cívku tvoří jeden závit – žlábek s cínem. Vzhledem k tomu, že sekundárním závitem teče značný proud, vzniká v něm tzv. Jouleovo teplo a závit se zahřívá. Díky tomu dojde během chvíle k roztavení cínu.

• 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

  

• Postup

  1. Sestavte transformátor na uzavřeném jádře, jako primární použijte cívku 600 závitů, jako sekundární umístěte na jádro žlábek s kouskem cínu. Žlábek na jáddro nasaďte přes papírový obal.
  2. Transformátor upevněte do upínacího zařízení.
  3. Primární cívku připojte k síťovému napětí 230 V a pozorujte chování cínu 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.