Электромагнетизм и трансформация напряжения и тока

Ток на

входе

Ток на

выходе

Первичная

обмотка А

Вторичная

обмотка В

Движение электрических зарядов приводит к появлению магнитного поля. Проводники с током также создают магнитное поле. Если расположить два проводника параллельно друг другу и пустить через них ток в одном и том же направлении, проводники будут притягиваться друг к другу. В случае если ток будет иметь разное направление, проводники станут отталкиваться друг от друга. В принципе любой проводник с током образует магнитное поле. Действие магнитного поля можно усилить, поместив в катушку стальной сердечник. В результате получился электромагнит, расположение полюсов которого зависит от направления тока в нем. Как и в обычном магните, магнитное поле катушки усиливается при приближении к ее краям. Как было выяснено ранее, перемещение магнита или изменение магнитного поля, пронизывающего катушку, вызывает появление в ней электрического тока. Подобное явление носит обратимый характер: если ток протекает через катушку, это приводит к появлению магнитного поля. На основе этих двух явлений построен трансформатор. Трансформатор — это устройство, которое осуществляет превращение энергии из одного вида в другой с помощью явления электромагнитной индукции. Чаще всего трансформаторы используют для преобразования напряжения. Это делается за счет разницы числа витков в его обмотках. Простейший трансформатор состоит из двух электрических проводников, которые называются первичной и вторичной обмотками. Если переменное напряжение подводится к первичной обмотке, в ней возникает электрический ток, который создает переменный магнитный поток. Этот магнитный поток, пересекая вторичную обмотку, вызывает в ней появление напряжения. В идеальном трансформаторе магнитный поток вторичной обмотки равен потоку в первичной. При этом отношение напряжений равно отношению числа витков в его обмотках, или иначе говоря, первичное и вторичное напряжения в расчете на один виток обмотки равны между собой.

Если пренебречь потерями, возникающими при передаче энергии через трансформатор, можно считать, что ток, протекающий во вторичной обмотке, обратно пропорционален отношению вторичного напряжения к первичному. Пусть к трансформатору с соотношением количества витков 25:2 подключена резистивная нагрузка мощностью 50 Вт. Тогда величина тока для первичной обмотки составит: P = E·I (Мощность = ЭДС  сила тока) 50 Вт = 2 В  25 А.

Теперь учитывая трансформацию напряжения, получим значение тока для вторичной обмотки: 50 Вт = 25 В  2 А. По этой причине в трансформаторе обмотка высокого напряжения обычно имеет много витков и выполнена из провода малого сечения, а обмотка низкого напряжения имеет малое количество витков и сделана из толстого провода. Так как источник постоянного напряжения не создает переменного магнитного потока, дополнительного напряжения не возникает и электрический ток в трансформаторе может достичь очень высоких значений. На практике для ограничения тока через обмотку трансформатора, последовательно с ней подключают сопротивление. Это защищает трансформатор от перегрева и выхода из строя.

Трансформация напряжения находит практическое применение в высоковольтных катушках зажигания.