实验课15 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
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变压器电压与匝数的关系公式
变压器电压与匝数的关系:
1、电压之比:变压器电压之比就是主线绕组匝数与副线绕组匝数之比,一般用N/n表示,其中N表示主线绕组匝数,n表示副线绕组匝数。
2、关系式:由Kirchhoff电压定律可以知道:变压器的输出电压和输入电压之比与匝数之比成正比,公式如下:
输出电压/输入电压= N/n
3、容易理解:当副线绕组匝数为负时,意味着这里存在变压器讯源反转;此时输出电压与输入电压的电压比为N/(-n),也就是N/-n,但按关系式N/n表达,因此当满足输出电压/输入电压= N/-n时,其实在公式上是N/n,由于两边同时乘上-1,则原式中的N/-n会变成-N/n,从而故式还是N/n。
4、应用:一般,变压器的线圈的匝数一般为正,所以输出电压与输入电压的电压比即N/n,可以根据关系式进行计算,以间接得到变压器的输出电压。
实验原理
(1)法拉第电磁感应定律
当穿过回路的磁通量发生变化时,回路中的感应电动势e感的大小和穿过回路的磁通量的变化率成正比,即,这就是法拉第电磁感应定律。
说明:
① 磁通量增加时,△ø/△t>0,e感为负,即感应电流产生的磁场和原磁场方向相反;当磁通量减少时,△ø/△ <0,e感为正,即感应电流产生的磁场和原磁场方向相同。
② 中学阶段,物理量的大小和方向常常是分开讨论的。e感=n△/出仅反映了它
的大小,其方向由楞次定律或右手定则来确定。
③ 感应电动势和磁通量的变化率成正比,不是和磁通量的多少成正比。例如,有一
个线圈在匀强磁场中匀速转动,当线圈平面转到和磁场垂直时,即线圈内磁通量达到最大,它的变化率却为零,这时感应电动势为零;而当线圈转到和磁场平行时,即穿过线圈的磁通量为零,磁通量的变化率却达到最大,这时产生的感应电动势达到最大 。
(2)变压器原理
变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。如下图所示:一个线圈与交流电源连接,叫做原线圈,也叫初级线圈;另一个线圈与负载连接,叫做副线圈,也叫次级线圈。
电磁感应是变压器工作的基础,电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场,由于电流的大小,方向在不断地变化,铁芯中的磁场也在不断变化。变化的磁场在副线圈中产生变化的磁通量,所以尽管两个线圈之间没有导线相连,副线圈也能够输出感应电压。
原、副线圈匝数不同,副线圈输出的电压与原线圈中的电压也不同,根据法拉第电
磁感应定律可知,原、副线圈中的电压比与匝数比的关系为。
实验结论:
(1)在表3-1中变压器起
作用,因此它是一个 变压器。电压与匝数的关系是
(2)在表3-2中变压器起 作用,因此它是一个 变压器,电压与匝数的关系是
实验拓展:
1. 实验中所得数据并不完全符合,原因是什么?
原副线圈匝数与电流电压的关系
另外,根据变压器的工作原理,原副线圈匝数与电流电压的关系也可以通过变压器的变压原理来解释。变压器是利用电磁感应原理工作的,根据变压器的匝数比公式,原副线圈的匝数与电压的关系可以表达为,V1/V2=N1/N2,其中V1和V2分别代表原副线圈和副线圈的电压,N1和N2分别代表原副线圈和副线圈的匝数。这个公式表明了原副线圈匝数与电压成正比的关系。当原副线圈的匝数增加时,根据这个公式可以推导出副线圈的电压也会增加。同样地,原副线圈匝数增加也会导致电流的变化,因为根据欧姆定律,电流与电压成正比。
总之,原副线圈匝数与电流电压的关系可以从电磁感应定律和变压器的工作原理两个方面来解释。增加原副线圈的匝数会导致感应电动势的增加,从而产生更大的电压;同时根据变压器的匝数比公式,原副线圈匝数增加也会导致电压的增加。希望这些解释能够满足你的问题。
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第4讲 实验: 探究变压器电压与线圈匝数的关系
A组 基础巩固
1.(多选)理想变压器的原、副线圈中一定相同的物理量有( )
A.交流电的频率 B.磁通量的变化率
C.功率 D.交流电的峰值
答案 ABC 理想变压器没有漏磁,没有能量损失,所以原、副线圈中磁通量变化率相同,原、副线圈中功率相同,B、C正确;变压器能改变交流电的峰值但不改变交流电频率,A正确,D错误。
2.关于理想变压器的工作原理,以下说法正确的是( )
A.通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变
B.穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等
C.穿过副线圈磁通量的变化使副线圈产生感应电动势
D.原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈
答案 C 通有正弦交变电流的原线圈产生的磁场是变化的,由于面积S不变,故磁通量Φ变化,A错误;因理想变压器无漏磁,原、副线圈的磁通量总相等,故B错误;由互感现象知C正确;原线圈中的电能转化为磁场能又转化为副线圈的电能,原、副线圈通过磁联系在一起,故D错误。
3.一输入电压为220 V,输出电压为36 V的变压器副线圈烧坏了,为获知此变压器原副线圈匝数,某同学拆下烧坏的副线圈,用绝缘导线在铁心上新绕了5匝线圈,如图所示,然后将原线圈接到220 V交流电源上,测得新绕线圈的端电压为1 V,按理想变压器分析,该变压器烧坏前的原、副线圈匝数分别为( ) 2 / 4
A.1 100,360 B.1 100,180
C.2 200,180 D.2 200,360
答案 B 对新绕线圈的理想变压器,根据变压比公式得n1=
=
=1 100,变压器烧坏前,同理n2=
=
=180,故B正确。
4.做“探究变压器电压与线圈匝数的关系”实验时,原线圈接在学生电源上,用多用电表测量副线圈的电压,下列操作正确的是( )
A.原线圈接直流电压,电表用直流电压挡