Номер 4, страница 108 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

4. Что понижает или повышает трансформатор?

Решение

Трансформатор — это электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения при сохранении его частоты. Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции.

Трансформатор состоит из замкнутого сердечника (магнитопровода), на котором расположены как минимум две обмотки: первичная и вторичная. Первичная обмотка подключается к источнику переменного напряжения, а со вторичной обмотки снимается преобразованное напряжение.

Когда через первичную обмотку, имеющую $N_1$ витков, протекает переменный ток, в сердечнике создается переменный магнитный поток. Этот поток пронизывает витки вторичной обмотки (с числом витков $N_2$) и индуцирует в ней переменную электродвижущую силу (ЭДС), а следовательно, и напряжение $U_2$.

Для идеального трансформатора (без потерь энергии) отношение напряжений на обмотках равно отношению числа витков в них. Это выражается формулой:

$ \frac{U_2}{U_1} = \frac{N_2}{N_1} = k $

где $k$ — коэффициент трансформации.

• Если число витков вторичной обмотки больше числа витков первичной ($N_2 > N_1$), то напряжение на вторичной обмотке будет выше, чем на первичной ($U_2 > U_1$). Такой трансформатор называется повышающим.
• Если число витков вторичной обмотки меньше числа витков первичной ($N_2 < N_1$), то напряжение на вторичной обмотке будет ниже, чем на первичной ($U_2 < U_1$). Такой трансформатор называется понижающим.

Важно отметить, что при преобразовании напряжения изменяется и сила тока. Мощность в идеальном трансформаторе остается неизменной: $P_1 = P_2$. Так как мощность равна $P = U \cdot I$, то $U_1 \cdot I_1 = U_2 \cdot I_2$. Отсюда следует, что сила тока изменяется обратно пропорционально напряжению:

$ \frac{I_1}{I_2} = \frac{U_2}{U_1} = \frac{N_2}{N_1} $

Это означает, что повышающий трансформатор, увеличивая напряжение, одновременно уменьшает силу тока. Понижающий трансформатор, уменьшая напряжение, увеличивает силу тока.

Ответ: Трансформатор повышает или понижает напряжение переменного тока. Одновременно с этим он обратно пропорционально изменяет силу тока: при повышении напряжения сила тока уменьшается, а при понижении напряжения — увеличивается.