Indukované napětí
Pokus číslo: 904
Cíl pokusu
Cílem experimentu je ukázat závislost sekundárního napětí na počtu závitů cívky. Experiment tak netradičním způsobem ověřuje vztah pro transformační poměr transformátoru a současně demonstruje pojem „napětí na závit“.
Teorie
Transformátor je tvořen primární a sekundární cívkou, které jsou nasazeny na společném jádře (viz schéma na obr. 1).
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:
\[\frac{U_2}{U_1}=\frac{N_2}{N_1},\tag{1}\]kde U je napětí na primární resp. sekundární cívce a N je počet závitů primární resp. sekundární cívky.
Z transformačního poměru je po úpravě vidět, že sekundární napětí je přímo úměrné počtu závitů sekundární cívky:
\[U_2=\frac{U_1}{N_1}N_2.\tag{2}\]Konstantou úměrnosti je v tomto případě poměr primárního napětí a primárního počtu závitů.
Velikost napětí, které se indukuje v každém závitu, bývá označováno jako „napětí na závit“.
Pomůcky
- lístkové jádro U a I
- cívka 600 z. nebo 300 z.
- zdroj střídavého napětí 6 V nebo 12 V
- voltmetr
- delší spojovací vodiče
Postup
Sestavte transformátor na uzavřeném jádře. Jako primární použijte cívku 300 nebo 600 závitů, na sekundární stranu naviňte jeden závit z vodiče, konce vodiče připojte k voltmetru. Primární cívku připojte ke zdroji střídavého napětí 6 V nebo 12 V.
Na sekundární stranu transformátoru postupně přidávejte další závity a měřte velikost indukovaného napětí. Naměřené hodnoty vyneste do grafu závislosti sekundárního napětí na počtu závitů sekundární cívky.
Diskutujte získanou závislost a porovnejte zjištěnou hodnotu napětí na závit s hodnotou vypočtenou z parametrů primární strany transformátoru.
Vzorový výsledek
Příklad naměřených hodnot je uveden v tabulce. Měření bylo provedeno pro primární cívku 600 závitů a primární napětí 6 V.
N2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 U2 (mV) 11,0 22,0 33,7 45,0 56,4 67,5 78,8 89,7 102 111 120 132 144 155 168 181 193 205 217 228
Jestliže naměřené hodnoty vyneseme do grafu, je vidět přímá úměrnost mezi indukovaným sekundárním napětím a počtem závitů sekundární cívky:
Vzhledem k tomu, že napětí je v grafu uvedeno v milivoltech, je zobrazená směrnice přímky (a tedy velikost napětí na závit) 11,3 mV/závit, tj. 0,0113 V/závit.
Poměr primárního napětí a primárního počtu závitů je pro měřené zapojení:
\[\frac{U_1}{N_1}=\frac{6\;\mathrm{V}}{600\;\mathrm{z.}}=0{,}01\;\mathrm{V/závit,}\tag{3}\]což souhlasí s naměřenou hodnotou napětí na závit.
Poznámka: Použitý zdroj při nastavení 6 V dává napětí 6,9 V. Potom je pro něj poměr primárního napětí a počtu závitů roven 0,0115 V/závit, což se sekundárním poměrem 0,0113 V/závit souhlasí velmi přesně.
Odkaz na další úlohu
Jiný netradiční pohled na transformační poměr nabízí úloha a experiment Závity cívky.
