變壓器線圈中的電流例題5

第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電危險！高壓電力！互感現(xiàn)象變壓器的原理進(jìn)度評估4電壓比變壓器的電流提高變壓器的效率進(jìn)度評估5高壓輸電輸電纜的功率損耗進(jìn)度評估66.2 變壓器和高壓輸電1234567第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電危險！高壓電力！你見過類似的警告牌嗎？你在哪裏見過這類警告牌？那些地方為甚麼會有高壓電力？第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電楞次定律指出，磁鐵進(jìn)出線圈時，線圈就會產(chǎn)生感生電壓。如果線圈附近有持續(xù)變化的電流，即使沒有任何東西移動，也有相同的效果。變壓器就是利用這個原理運作的。1互感現(xiàn)象簡單的變壓器實驗6c第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電實驗6c簡單的變壓器在一個C形鐵心上繞10匝導(dǎo)線，在另一個C形鐵心上繞25匝導(dǎo)線，然後把這兩個C形鐵心放在一起，組合成環(huán)形。把10匝的線圈與開關(guān)和電池組連接起來，再連接25匝的線圈和中間零位檢流計。

留意開關(guān)閉合和斷開時，

對檢流計有甚麼影響。第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電實驗6c簡單的變壓器6.3實驗6c-簡單的變壓器把10匝的線圈、交流電源和燈泡連接起來，再把25匝的線圈和另一個燈泡連接。 接通電源，比較這兩個燈泡的亮度。以匝數(shù)不同的線圈取代25匝的線圈，觀察燈泡亮度有甚麼變化。錄像片段第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電1互感現(xiàn)象在實驗6c中，原線圈（即10匝的線圈）的開關(guān)閉合，與副線圈（即25匝的線圈）相連的檢流計指針會突然向一邊偏轉(zhuǎn)一下。開關(guān)斷開時，檢流計指針又會突然向另一邊偏轉(zhuǎn)一下。如果開關(guān)維持閉合或斷開，指針就不會偏轉(zhuǎn)。第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電1互感現(xiàn)象改變一個線圈中的電流

另一個線圈產(chǎn)生電流

互感現(xiàn)象

第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電1互感現(xiàn)象根據(jù)楞次定律，感生電流所產(chǎn)生的磁力線，會與原線圈磁力線增加這變化相抗衡。開關(guān)剛閉合時，磁力線沿C形鐵心迅速建立起來，並「切割」副線圈。

檢流計的指針向一邊偏轉(zhuǎn)一下第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電原線圈的電流穩(wěn)定下來。

磁場不再起變化

沒有感生電壓檢流計的指針回到零位。1互感現(xiàn)象第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電1互感現(xiàn)象開關(guān)剛斷開時，C形鐵心中的磁力線迅速消失。

感生電流與磁力線消失這變化抗衡

檢流計的指針便向另一邊偏轉(zhuǎn)一下6.1互感現(xiàn)象模擬程式第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電2變壓器的原理實驗6c中，原線圈接通交流電源後，副線圈電路中的燈泡就會持續(xù)發(fā)亮。

比原線圈的燈泡更光亮

副線圈兩端的電壓比原線圈的高第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電2變壓器的原理如果有交流電通過原線圈，鐵心內(nèi)的磁力線就會不斷

改變。

於是在副線圈中感生交變電壓。副線圈中的感生交流電與原線圈中的交流電頻率相同第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電2變壓器的原理原線圈+副線圈+鐵心

變壓器原線圈中有交流電通過時，電能就不斷地從原線圈輸送到副線圈的電路去。理想變壓器︰傳送100%

能量（或功率）實用變壓器︰傳送期間有能量損失（或功率損失）效率

=有用輸出功率總輸入功率

100%第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電進(jìn)度評估4–Q1交流電通過原線圈。設(shè)由X

流向Y

的電流為正向。第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電進(jìn)度評估4–Q1原線圈電流時段0–t1t2–t3原線圈磁場方向

（順時針／逆時針）逆時針原線圈磁場

（增強／減弱）增強副線圈磁場方向

（順時針／逆時針）順時針副線圈電流方向

（P

至Q／Q

至P）P

至Q順時針逆時針增強Q

至P(a)第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電進(jìn)度評估4–Q1(b)在副線圈內(nèi)的感生電流是直流電還是交流電？交流電第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電進(jìn)度評估4–Q2開關(guān)

S閉合時，燈泡只閃亮一次。下列哪項能使燈泡持續(xù)發(fā)亮？A接上更多電池B把電池更換成交流電源C增加螺線管P

或Q

的匝數(shù)

D把兩個螺線管繞在同一個軟鐵心上第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電3電壓比如果所有磁力線也穿過兩個線圈，那麼原線圈和副線圈的電壓比只與線圈的匝數(shù)有關(guān)。對任何效率的變壓器而言，這個關(guān)係都成立。第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電3電壓比=原線圈電壓副線圈電壓原線圈匝數(shù)副線圈匝數(shù)=VpVsNpNs匝數(shù)比︰原線圈的匝數(shù)與副線圈的匝數(shù)比例恰當(dāng)?shù)剡x擇變壓器線圈的匝數(shù)比，就能控制副線圈中交流電的電壓大於（升壓）或小於（降壓）原線圈的電壓。

變壓器可以用來改變交流電的電壓第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電3電壓比升壓器

(Vs

>Vp)的副線圈匝數(shù)大於原線圈(Ns

>

Np)。發(fā)電站以升壓器提高的電壓至400kV，然後才經(jīng)電纜輸送至用戶。第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電3電壓比降壓器

(Vs

<Vp)的副線圈匝數(shù)小於原線圈(Ns

<

Np)。降壓器用於降低電壓，例如把市電電壓降低至16V供手提電腦使用。量度變壓器的電壓比6.2簡單的變壓器模擬程式實驗6d第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電實驗6d量度變壓器的電壓比接駁示波器至原線圈，關(guān)掉時基，量度在屏幕上垂直跡線的長度。製造一臺變壓器。以低壓電源為10匝的原線圈提供電壓為1V的交流電。重複步驟2，接駁示波器至25匝的副線圈。第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電實驗6d量度變壓器的電壓比注意︰使用雙跡示波器時，接駁頻道1到原線圈，接駁頻道2到副線圈，同時顯示出原電壓波形及副電壓波形。除了示波器外，也可用電壓感應(yīng)器和數(shù)據(jù)記錄程式去量度原線圈和副線圈的電壓。第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電6.4實驗6d-量度變壓器的電壓比錄像片段錄像片段實驗6d量度變壓器的電壓比第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電3電壓比匝數(shù)比與電壓比例題4第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電例題4匝數(shù)比與電壓比試計算變壓器的電壓比，並把它與匝數(shù)比作比較，解釋兩者的分別。右圖顯示實驗6d的

原電壓及副電壓波形︰縱軸比例=每格

0.5V第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電=0.5例題4匝數(shù)比與電壓比Vp=0.5

2=1VVs=0.5

4=2VVpVs=電壓比=NpNs匝數(shù)比=0.4=1025電壓比

>

匝數(shù)比

（∵

原線圈的磁力線不一定全部穿過副線圈）第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電假設(shè)變壓器沒有功率損耗，那麼供應(yīng)給原線圈的功率就會全部輸送到副線圈去。

總輸入功率=有用輸出功率

VpIp=VsIs

=VpVsIsIp=VpVsNpNs從 ，=IpIsNsNp（設(shè)沒有功率損耗）4變壓器的電流第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電4變壓器的電流沒有功率損耗，Is=10A有功率損耗，Is

<

10A下圖為一個降壓器︰變壓器線圈中的電流例題5電壓從220V

下降至11V。匝數(shù)比=20:1第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電例題5變壓器線圈中的電流變壓器的原線圈有3300匝。一個額定值為「12V，24W」的燈泡經(jīng)這個變壓器連接到220V

的交流市電。設(shè)變壓器沒有功率損耗。(a)副線圈的匝數(shù)=?=VpVsNpNs

Ns=

NpVsVp=

330012220=180副線圈有180匝。第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電例題5變壓器線圈中的電流(b)副線圈的電流=?流過燈泡的電流

I

=PV=2412=2A

副線圈的電流為2A。第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電例題5變壓器線圈中的電流(c)原線圈的電流=?假設(shè)變壓器沒有功率損耗。

Ip=

IsVsVp=

212220VpIp=VsIs

原線圈的電流為0.109A。=0.109A第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電4變壓器的電流沒有變壓器會怎樣？例題6第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電例題6沒有變壓器會怎樣？一個額定值為「12V，24W」的燈泡與電阻器串聯(lián)起來，接到220V

的交流市電去。電阻器的電阻恰好讓燈泡可以在

12V

的電壓下正常運作。(a)從市電支取的電流=?電流

I

=PV=2412=2A從市電支取的電流為2A。第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電例題6沒有變壓器會怎樣？(b)電阻器的電阻值

=?電阻器要承擔(dān)208V，留下12V

給燈泡。=2082R=VI=104

(c)市電提供的功率=?市電提供的功率=總輸入功率=VI

=220

2

=440W第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電例題6沒有變壓器會怎樣？(d)向燈泡供電的過程中，電路的效率=?提供給燈泡的功率=有用輸出功率=24W效率

=有用輸出功率總輸入功率

100%=24440

100%=5.45%(e)試解釋用變壓器降壓比用電阻器優(yōu)勝的原因。大大減少功率損耗。第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電5提高變壓器的效率所有實用變壓器都有能量散失，部分供給原線圈的能量會轉(zhuǎn)換成熱。能量散失的主要原因：1. 線圈的電阻

∵線圈有電阻

∴電流通過時會發(fā)熱

解決方法︰

用導(dǎo)線較粗的線圈第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電5提高變壓器的效率2. 鐵心的磁化和去磁

∵ 改變鐵心裏的磁場大小和方向，需要能量

∴ 過程中會放出熱

解決方法︰

使用軟鐵心的

（∵

容易磁化及去磁）第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電5提高變壓器的效率鐵心中的感生電流解決方法︰

使用以薄片疊成的鐵心

（薄片之間互相絕緣

電阻值大大增加）∵

鐵心處於變化的磁場中∴ 感生渦電流

熱效應(yīng)第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電5提高變壓器的效率變壓器效率很高，設(shè)計優(yōu)良的變壓器效率可達(dá)90%以上。學(xué)校實驗室用的低壓電源內(nèi)有特製的變壓器。

副線圈有一排外接抽頭，可輸出不同的電壓。第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電進(jìn)度評估5–Q1下圖顯示一部手提電話的變壓器︰變壓器的匝數(shù)比和效率=?匝數(shù)比=原線圈的匝數(shù)副線圈的匝數(shù)=2304.8=47.9=原線圈電壓副線圈電壓第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電進(jìn)度評估5–Q1效率

=有用輸出功率總輸入功率

100%=4.8

0.35230

0.05

100%=14.6%第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電進(jìn)度評估5–Q2一個理想的變壓器用來操作額定值為「8V，12W」的燈泡︰副線圈內(nèi)的電流是多少？Is

=PV=128=1.5A第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電進(jìn)度評估5–Q3=IpIsNsNp

Ip=

IsNsNp=

1.51002500=0.06A原線圈內(nèi)的電流是多少？一個理想的變壓器用來操作額定值為「8V，12W」的燈泡︰第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電6高壓輸電在發(fā)電站產(chǎn)生的電力，要經(jīng)過很遠(yuǎn)的距離才能輸送到用戶。輸電纜由銅製成（良好導(dǎo)電體）。但輸電纜的長度以公里計，總電阻值仍然十分大。怎樣才能盡量降低輸電纜的功率損耗(I2R)？輸電線模型實驗6e第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電實驗6e輸電線模型改用12V的交流電源重複上述步驟。 留意兩顆燈泡的亮度有甚麼分別。裝置輸電線模型。接通12V的直流電源後，比較兩顆燈泡的亮度。第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電實驗6e輸電線模型6.5實驗6e-輸電線模型在「發(fā)電站」一端把12V交流電升壓，然後再在「用戶」的一端降壓。 接通電源後，比較兩顆燈泡的亮度。錄像片段第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電7輸電纜的功率損耗在實驗6e︰無論提供12V交流電還是12V直流電，「發(fā)電站」一端的燈泡都很明亮。但在「用戶」一端，由於

「輸電纜」中的功率損耗大，燈泡便顯得昏暗。不過，利用變壓器，「用戶」一端的燈泡就幾乎與「發(fā)電站」一端的同樣明亮。提高電壓V

降低電流

I∴

減少了電纜中的功率損耗(I2R)。第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電7輸電纜的功率損耗利用高電壓輸電，可以降低輸電過程中的功率損耗。市電電源利用交流電輸電。∵

交流電容易透過變壓器升壓和降壓輸電纜的功率損耗例題7第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電例題7輸電纜的功率損耗一段總電阻值為5

的電纜輸送4kW

的功率。若輸電電壓為(a)200V、(b)4000V，

試計算電纜的功率損耗。從計算結(jié)果中，你能得出甚麼結(jié)論？第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電例題7輸電纜的功率損耗(a)輸電電壓為200V

時：通過電纜的電流=PV=4000200=20A

輸電纜的功率損耗=202

5

=2000W=I2R

第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電例題7輸電纜的功率損耗(b)輸電電壓為4000V時︰通過電纜的電流=PV=40004000=1A

輸電纜的功率損耗=12

5

=5W以高壓輸電，電纜的功率損耗可大大降低。=I2R

第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電7輸電纜的功率損耗港鐵的電力供應(yīng)例題8第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電例題8港鐵的電力供應(yīng)沿著鐵路每隔4km至5km

就有一座變壓站，把電壓降為

1.5kV的交流電。中華電力有限公司以33kV的交流電為港鐵供電。1.5kV交流電又會轉(zhuǎn)換成直流電，直流電通過列車上的架空電纜，以推動列車的電動機(jī)。第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電例題8港鐵的電力供應(yīng)(a)為甚麼要這麼多變壓站？如果只興建一座變壓站來給整條鐵路供電，電纜的功率損耗就很大。第4冊單元6.2變壓器和高壓輸電例題8港鐵的電力供應(yīng)(b)如要把33kV

交流電降壓至1.5kV，變壓器的匝數(shù)比