Мальчик сооружает столбик из четырёх одинаковых брусков.
Из тех же брусков можно построить два столбика, каждый вдвое ниже первого.
Можно также из этих двух столбиков сделать один, который будет вдвое ниже первого, но в два раза толще его.
Высоту столбика сравним с электрическим напряжением, его сечение — с величиной электрического тока, а произведение высоты (напряжения) на сечение (ток), равное объёму столбика, — с мощностью тока. В первом случае высота столбика выразится числом 4, а его сечение — числом 1. Следующий столбик имеет высоту и сечение, равные 2. И, наконец, из четырёх брусков можно соорудить один столбик, высота которого равна 1, а сечение— 4. Во всех случаях произведение высоты столбика на его сечение равняется 4.
Вода стекает по узкому жёлобу на водяное колесо (турбину) и приводит его в движение. Высоту падения воды обозначим числом 4, а величину водного потока — числом 1. Мощность, которую поток воды передаёт турбине, можно выразить через произведение высоты падения воды на величину потока: 4х1=4
Два водяных колеса работают от двух потоков, падающих с высоты, равной 2; величина каждого потока равна 1. В этом случае мощность каждой турбины равна 2X1 = 2, а их общая мощность снова равняется 4.
Обе турбины можно заменить одной, если высота падения воды и величина потока будут равны 2. Мощность, этой турбины также выразится числом 4, так как 2X2 = 4,.
Мощность, равную 4, можно распределить по четырём турбинам, каждая из которых работает при высоте падения воды и величине потока, равных 1. Мощность каждой из турбин равна 1, а общая их мощность равна 4.
Устанавливая лишь одну турбину при высоте падения воды, равной 1, необходимо в четыре раза увеличить водный поток, чтобы получить мощность, равную 1х4=4.
Можно при малой высоте падения воды, например равной 1/2, и используя водный поток, величина которого равна 8, также получить мощность турбины, равную 4.
Высота падения воды пусть соответствует электрическому напряжению, величина водного потока — величине электрического тока, а турбина — электрическому прибору. Мощность постоянного тока, потребляемую электрическим прибором, выражают, как мы уже говорили, в ваттах, и равна она произведению величины напряжения на величину тока.
Несколько иначе обстоит дело с мощностью переменного тока. Многие электрические приборы потребляют не всю подводимую к ним мощность переменного тока. Поэтому подводимую мощность принято выражать не в ваттах, а в вольтамперах (ва), а потребляемую — так же, как и в случае постоянного тока, в ваттах. Подводимая мощность равна произведению величины переменного тока, притекающего к прибору, на величину напряжения. Чтобы определить потребляемую же прибором мощность, следует число вольтамперов умножить на некоторый коэффициент, называемый cos Ф (фи) (ВА х cos Ф). Величина этого коэффициента зависит от свойств прибора, поэтому у различных приборов и машин величина его различна. Наиболее часто приходится встречаться со значениями cos Ф, лежащими в пределах от 1/2 до 1. Если cos Ф равен 1/2, то это значит, что прибор потребляет только половину подведённой к нему мощности переменного тока. Действительно, если, например, подведённая мощность равна 5 ва, то потребляемая мощность равна 5 ваХ1/2=2,5 вт.
Изменять соотношение между величиной переменного напряжения и величиной переменного тока, сохраняя при этом неизменным их произведение, можно при помощи специальных устройств, называемых в электротехнике трансформаторами.
Трансформатор представляет собой устройство, состоящее из расположенных близко одна от другой катушек. Обычно эти катушки намотаны на общий сердечник. Ту катушку трансформатора, к которой подводят напряжение и ток для преобразования их величин, называют первичной обмоткой. Катушку, с которой снимают преобразованные напряжение и ток, называют вторичной обмоткой. Значения напряжения и тока во вторичной обмотке при определённых значениях напряжения и тока в первичной обмотке зависят от так называемого коэффициента трансформации.
В зависимости от своего назначения трансформаторы могут иметь различную конструкцию.
Два витка, расположенных на небольшом расстоянии один от другого, также представляют собой трансформатор; находящийся слева виток, к которому подводится переменный ток, служит первичной обмоткой, а виток, помещённый справа, с которого снимаются напряжение и ток,, является вторичной обмоякой.
Здесь показан трансформатор, у которого первичная обмотка состоит из одного витка, а вторичная обмотка — из двух витков.
Коэффициент трансформации в этом случае равен отношению 1 к 2, т. е. 1 : 2.
Если к первичной обмотке подводится напряжение равное 1 в, то напряжение на вторичной обмотке будет равно 2 в, т. е. в два раза больше.
Соотношение величин тока будет при этом обратное, 2 : 1, т. е. ток во вторичной обмотке будет в два раза меньше,чем в первичной.
Если теперь к концам вторичной обмотки присоединить нагрузку, например, сопротивление такой величины, чтобы протекающий во вторичной цепи ток был равен 0,5 а, то в первичной цепи потечёт ток величиной 1 а.
Мощность, подводимая к аервичной обмотке: 1В х1А = 1 Вт, равна мощности, снижаемой со вторичной обмотай: 2 В х 0,5 А = 1 вт.
Таким образом, трансформатор только передаёт электрическую мощность из первичной обмотки во вторичную (сам он её не создаёт), при этом лишь преобразуются величины напряжения и тока.
У трансформатора, изображённого ниже, коэффициент трансформации равен 1:5 (количество витков во вторичной обмотке в 5 раз больше, чем в первичной обмотке).
Обычно в трансформаторе вторичную обмотку наматывают поверх первичной обмотки.
Эффективность действия трансформатора значительно увеличивается, если применить стальной сердечник. Такой сердечник, как и у низкочастотного дросселя, состоит из стальных пластин, изолированных одна от другой лаком либо тонкой бумагой.
Форма пластин сердечника может быть различной. Лучшей является такая форма, когда сердечник охватывает обмотки снаружи.
Трансформаторы находят очень широкое применение в электротехнике.
Электрический ток для освещения улиц и жилых помещений, для питания электродвигателей и т. д. поступает с электростанции.
Чтобы попасть с электростанции к многочисленным потребителям электрической энергии, ток проходит длинный путь по проводам, которые либо подвешены на высоких опорах, либо проложены под землёй.
Только для того, чтобы осветить город, к нему нужно подвести ток очень большой величины. При сравнительно низком напряжении, какое обычно имеет осветительная сеть (127 или 220 в), для передачи электрического тока большой величины потребовались бы провода очень большого сечения.
Поэтому вырабатываемую электростанцией электрическую энергию переменного тока сначала преобразуют с помощью трансформаторов: подводимое от генератора электростанции к трансформатору низкое напряжение преобразуется в очень высокое (например, равное 100 000 в); одновременно с этим ток очень большой величины превращается в ток малой величины.
Ток высокого напряжения и малой величины можно передавать на большие расстояния по сравнительно тонким проводам. Поблизости от потребителей электрической энергии устанавливают другой трансформатор, с помощью которого снижают напряжение до 120 или 220 в, при этом возрастает величина тока.
Таким образом: 1) электростанция вырабатывает электрическую энергию переменного тока сравнительно низкого напряжения и большой величины, 2) с помощью трансформатора напряжение во много раз повышается; во столько же раз уменьшается величина тока, 3) энергия высокого напряжения передаётся по тонким проводам на большие расстояния, 4) прежде чем подать электрическую энергию к электрическим приборам её вновь преобразуют с помощью трансформатора — снижают величину напряжения, при этом возрастает величина тока.
Когда кто-либо переселяется из одного города в другой, происходит нечто подобное.
Мебель, которая свободно размещалась в большой квартире, на время перевозки тесно уложена в небольшой контейнер (большая площадь — большой ток, малая площадь — малый ток; небольшое скопление мебели — низкое напряжение, большое скопление — высокое напряжение).
Контейнер отправляется в путь к новому месту жительства (ток течёт по проводам к потребителю).
Мебель, уместившаяся на небольшой площади контейнера, после перевозки будет расставлена на большой площади в новом доме.
В радиотехнике применяются трансформаторы различного назначения.
Почти в каждом приёмнике имеются трансформаторы трёх типов: трансформаторы высокой частоты, трансформаторы низкой частоты и силовые (сетевые) трансформаторы.
На рисунке показан трансформатор высокой частоты, заключённый в металлический корпус — экран. Этот трансформатор может быть с сердечником из спрессованного порошка, о котором уже говорилось, или без него. Корпус экранирует трансформатор, т. е предохраняет его от влияния других элементов приёмника, по которым течёт ток, так как это влияние может неблагоприятно сказаться на работе приёмника.
Далее изображён силовой трансформатор. Он обычно содержит несколько вторичных обмоток, рассчитанных на различное напряжение. Трансформатор имеет сердечник, состоящий из стальных пластин, изолированных друг от друга.
Пониженное напряжение, подводимое от электросети к электрическому звонку, получают с помощью так называемого звонкового трансформатора.
Если звонок включить прямо в сеть, то при нажатии кнопки ток потечёт через установку. Но так как напряжение в осветительной сети очень велико, то оно может повредить звонок.
Поэтому и необходимо снизить напряжение, что легко сделать с помощью звонкового трансформатора.
Продолжение https://dzen.ru/a/aWT3brLV-SCfB0dw
Глава первая https://dzen.ru/a/aTcgDYCXUVzfqo0p