Номер №1, страница 231, часть 1 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

Лабораторная работа №1

Определение числа витков в обмотках трансформатора

Оборудование: трансформатор, источник регулируемого переменного напряжения, вольтметр переменного напряжения, длинный изолированный провод, соединительные провода.

Теория работы. На холостом ходу отношение напряжений на обмотках трансформатора равно отношению числа витков в них:

$ \frac{U_1}{U_2} = \frac{n_1}{n_2} $

Напряжения можно измерить вольтметром. Чтобы определить число витков в обмотках, нужно использовать третью обмотку с известным числом витков в ней. Для этого наматывают на сердечник трансформатора третью обмотку с известным числом витков, для чего нужен длинный изолированный провод.

Тогда справедливы соотношения:

$ \frac{U_1}{U_3} = \frac{n_1}{n_3}, \frac{U_2}{U_3} = \frac{n_2}{n_3} $

Ход работы:

1. Намотайте на сердечник третью обмотку из длинного провода $(n_3 \approx 10 - 20 \text{ витков})$ (рис. 1).

2. Подключите к первичной обмотке источник переменного напряжения.

Рис. 1

3. Измерьте вольтметром напряжения на всех обмотках.

4. Определите число витков в обмотках трансформатора по формулам:

$ n_1 = \frac{U_1 \cdot n_3}{U_3}; n_2 = \frac{U_2 \cdot n_3}{U_3} $

5. Заполните таблицу

Таблица 1

$n_1$ $n_2$ $n_3$ $U_1 \text{ (B)}$ $U_2 \text{ (B)}$ $U_3 \text{ (B)}$

Для выполнения данной лабораторной работы необходимо провести эксперимент. Так как реальные измерения отсутствуют, мы проведем мысленный эксперимент, следуя методике, описанной в задании, и на основе полученных гипотетических данных заполним таблицу.

Дано:

1. В соответствии с пунктом 1 методики, наматываем на сердечник трансформатора третью (измерительную) обмотку. Выберем число витков $n_3$ в указанном диапазоне от 10 до 20. Пусть $n_3 = 15$ витков.

2. Согласно пункту 3, измеряем напряжения на всех трех обмотках. Допустим, измерения, проведенные вольтметром, дали следующие результаты:

- Напряжение на первичной обмотке: $U_1 = 44$ В.

- Напряжение на вторичной обмотке: $U_2 = 22$ В.

- Напряжение на третьей обмотке: $U_3 = 3$ В.

Перевод в систему СИ:

Все величины (напряжение в Вольтах, число витков) представлены в единицах, не требующих перевода в систему СИ для выполнения расчетов.

Найти:

Число витков в первичной обмотке $n_1$.

Число витков во вторичной обмотке $n_2$.

Решение:

Теоретической основой работы является утверждение, что в режиме холостого хода отношение напряжений на обмотках трансформатора равно отношению числа витков в этих обмотках. Это позволяет использовать соотношения, приведенные в задании:

$\frac{U_1}{U_3} = \frac{n_1}{n_3}$ и $\frac{U_2}{U_3} = \frac{n_2}{n_3}$

Для определения числа витков $n_1$ и $n_2$ воспользуемся расчетными формулами из пункта 4:

$n_1 = \frac{U_1 \cdot n_3}{U_3}$

$n_2 = \frac{U_2 \cdot n_3}{U_3}$

Подставим в эти формулы наши экспериментальные данные и произведем вычисления:

Расчет числа витков в первичной обмотке:

$n_1 = \frac{44 \text{ В} \cdot 15}{3 \text{ В}} = 44 \cdot 5 = 220$ витков.

Расчет числа витков во вторичной обмотке:

$n_2 = \frac{22 \text{ В} \cdot 15}{3 \text{ В}} = 22 \cdot 5 = 110$ витков.

Ответ: число витков в первичной обмотке $n_1 = 220$; число витков во вторичной обмотке $n_2 = 110$.

5. Заполните таблицу

На основе известных данных, результатов измерений и проведенных расчетов заполним итоговую таблицу 1.