GCSE 科学/变压器
变压器是利用感应将高交流电压转换为低交流电压或反之的装置。它们是非常重要的设备，而且（更重要的是）是考官的最爱。在本页中，您将了解变压器的原理及其应用。您还将学习如何使用一些简单的公式来计算输出电压和电流。
本节没有新的内容需要学习。您已经学习过GCSE 科学/电流的磁效应和GCSE 科学/感应。本节使用这两个页面中的知识来理解变压器。
最简单的变压器由一个软铁芯组成，两个独立的线圈绕在铁芯上。第一个线圈称为初级线圈，连接到交流电源。另一个线圈称为次级线圈，连接到输出端。
初级线圈中的电流产生磁场。它只是一个电磁铁，但由于电流是交流电，所以磁场一直在变化。如果我们考虑软铁芯的一端，它先是北极，然后磁场越来越弱，直到变为零，然后它开始增强，这端变为南极。这个过程不断重复，这端又变成北极。
现在让我们考虑一下次级线圈中发生了什么。初级线圈的磁场穿过次级线圈，更重要的是，磁场一直在变化。这个变化的磁场在次级线圈中感应出电流。因此，即使线圈没有物理连接，一个线圈中的电流也会引起另一个线圈中的电流。
如果你想象磁力线，它们会随着磁场增强和减弱而脉动。当磁场变弱时，它们会向内扫过，切割次级线圈。
Q1) 如果在初级线圈中使用直流电，次级线圈中的电流会是什么样的？ - 初级线圈中的直流电不会在次级线圈中产生任何电流。
变压器用于改变电压。如果次级线圈的匝数多于初级线圈的匝数，则次级线圈的电压将高于初级线圈的电压。这称为升压变压器。相反，如果次级线圈的匝数少于初级线圈的匝数，则电压将降低，这称为降压变压器。
你的老师可能会给你演示一个变压器。（有关如何设置简单变压器的详细信息，请参阅这里）。观察下面的图。
第二个线圈在一个独立的软铁芯上。这个铁芯可以靠近初级线圈。在较远的距离，灯泡是熄灭的，但是当线圈彼此靠近时，它们突然相互吸引（初级线圈是一个强大的电磁铁）。一旦两个铁芯粘在一起，次级线圈中的灯泡就开始发光。灯泡的亮度取决于次级线圈的匝数。匝数越多，灯泡越亮。
关于变压器，有两件事你需要记住。
- 次级线圈中的电压取决于初级线圈中的电压以及次级线圈和初级线圈匝数之比。
- 如果我们称
- 初级线圈中的电压和匝数为 Vp 和 Np
- 次级线圈中的电压和匝数为 Vs 和 Ns
- 那么
- Vs/Vp= Ns/Np
- 或者，重新排列
- Vs= Vp * Ns/Np
- 类似地，次级线圈中的电流取决于初级线圈中的电流以及次级线圈和初级线圈匝数之比。但是，电流与匝数成反比。
- 如果我们称
- 初级线圈中的电流和匝数为 Ip 和 Np
- 次级线圈中的电流和匝数为 Is 和 Ns
- 那么
- Is/Ip= Np/Ns
- 或者，重新排列
- Is= Ip * Np/Ns
- 初级线圈的功率等于次级线圈的功率（假设变压器是完美的）。这是因为能量既不会被创造也不会被消灭。
- IpVp = IsVs
因为次级线圈中的电压取决于匝数，所以我们可以使用变压器将一个电压转换为另一个电压。例如，假设初级线圈有 300 匝线圈，次级线圈有 900 匝线圈。这个变压器将把电压提高 3 倍。因此，如果初级线圈施加 2V 电压，次级线圈将有 6V 电压。
降压变压器与升压变压器相反。假设初级线圈有 900 匝，次级线圈有 450 匝。这次，次级线圈上的电压是初级线圈上的电压的一半。因此，如果初级线圈施加 2V 电压，次级线圈将只有 1V 电压。
关于变压器的题目通常是以下形式：“一个线圈在软铁芯上绕有 3000 匝线圈。另一个线圈有 12000 匝，与第一个线圈接触。这个第二个线圈连接一个 12V 的灯泡，构成一个电路。应该在第一个线圈上施加多少电压？"
要回答这样的问题，
- 确定哪个是初级线圈，哪个是次级线圈 - 在这种情况下，3000 匝线圈是初级线圈，12000 匝线圈是次级线圈
- 确定是升压变压器还是降压变压器 - 在这种情况下，这是一个升压变压器，因为次级线圈的匝数比初级线圈多。
- 计算一个乘数 - 在这种情况下，12000/3000 = 4
- 使用这个乘数来计算所需的电压 - 次级线圈必须提供 12V，所以初级线圈必须是 12V/4 = 3V
变压器最重要的应用是输送交流电。电缆的功率损耗 = I2R，其中 I 是电流，R 是电阻。几乎无法降低电阻，所以为了尽可能减少因电缆发热而造成的能量损失，需要尽可能降低电流。这是通过使用升压变压器来实现的，升压变压器将电压提高到几千伏。因为功率是电压乘以电流，所以对于给定的功率值，高电压意味着低电流。（注意变压器不遵循欧姆定律）。在配电网络的另一端，使用另一个变压器将电压降下来，这样进入家庭和工厂的电压就不会过高。