Лабораторная работа

«Определение числа витков обмоток трансформатора

К.С. Минаков

СШИ «Мурагер»

г. Караганда, Казахстан

Жизнь не стоит на месте и, рано или поздно, инженерам и техникам старшего поколения приходится уходить на заслуженный отдых. Естественно, они нуждаются в своей смене – молодежи, заменяющей их на рабочих местах. Лидирующее положение в деле подготовки будущих специалистов принадлежит средней школе. А в самой школе, в процессе подготовки научно-технических работников, важнейшим звеном являются уроки физики, и, прежде всего, лабораторные работы. Человечество давно признало, что практическая работа - весьма и весьма полезная составляющая учебного процесса. Три четверти века назад выдающийся физик-методист Пётр Алексеевич Знаменский писал: «Не подлежит никакому сомнению, что у учащихся ясное, отчётливое представление о вещах и явлениях создаётся только при непосредственном наблюдении явлений и самостоятельном воспроизведении их на опыте».

В программе по физике для 11 класса и, соответственно, в календарно-тематических планах учителей значится проведение лабораторной работы, первой в учебном году, именуемой «Определение числа витков обмоток трансформатора». Работа достаточно интересная и требующая применения полученных знаний и умения логически мыслить. Но, к сожалению, отсутствуют какие-либо методические разработки, которые могли бы помочь в проведении указанной работы. Многие коллеги жалуются на данные обстоятельства, и поэтому я хочу поделиться своим опытом по проведению этого урока. Лабораторная работа не требует какого-либо специального оборудования – всё необходимое найдётся в любом кабинете физики.

Для проведения исследования нам потребуются: разборная модель трансформатора, вольтметр цифровой или стрелочный для измерения переменного (!) напряжения, электрический провод в изоляции длиной от 1,5 до 2 м (сечение не имеет значения), лабораторные источники питания (можно использовать имеющуюся в кабинете лабораторную сеть напряжением 36 или 42 В). Порядок выполнения работы поясняется рисунками. В качестве примера рассмотрим лабораторную работу с использованием лабораторной сети с номинальным напряжением переменного тока 42 В.

рис. 1 рис. 2

В начале работы (рис. 1) необходимо снять одну из катушек трансформатора (я использую катушку с числом витков 200). Желательно удалить наклейку с указанием числа витков (но необязательно). Затем на освободившееся место на сердечнике наматываем тестовую обмотку с числом витков от 10 до 20 (рис. 2). На концы провода подключаем двухвинтовой разъём (продаётся в любом магазине электротоваров). После обратной сборки сердечника подключаем к первичной обмотке через ключ источник переменного напряжения (рис. 3) и, замкнув ключ, измеряем напряжение, подведённое к трансформатору.

рис. 3 рис. 4

Записав полученный результат измерения в таблицу 1, переключаем вольтметр к тестовой обмотке, и результат измерений также заносим в указанную таблицу (рис. 4).

Далее, используя полученные данные, выполняем расчёты по приведённым ниже соотношениям.

Таблица 1

№ опыта	U1	Uтест	nтест	n1	U2	n2
1	44 В	2 В	10	220	22 В	110
2
3

= = = = 220

Следующим действием снимаем тестовую обмотку и устанавливаем на её место стандартную (рис. 5). Измеряем напряжение на вторичной обмотке и записываем их в таблицу 1.

рис. 5 рис. 6

Вычисление количества витков во вторичной обмотке производим по следующим формулам:

= = = = 110

Полученные результаты фиксируем в таблице 1. Опыты 2 и 3 проводятся аналогично, но с другими обмотками, используя их в качестве первичных.

В конце лабораторной работы ученикам предлагается ответить на несколько контрольных вопросов, а также написать соответствующий вывод о проделанных измерениях и вычислениях.

На рисунке 6 представлена установка с использованием учебных лабораторных источников питания. В этом случае порядок выполнения не отличается от рассмотренного выше, но тестовая обмотка должна содержать большее количество витков, или вольтметр должен быть рассчитан на меньший предел измерения (в противном случае будет недостаточная точность измерений). Следует также помнить, что на передней панели источника расположен переключатель рода тока, а не выключатель! (рис. 7)

рис. 7

В заключение я приведу примерные контрольные вопросы, предлагаемые учащимся:

«Что произойдёт, если трансформатор включить в цепь постоянного тока того же напряжения, на которое он рассчитан?»

«Почему при разомкнутой вторичной цепи (холостой ход) трансформатор почти не потребляет энергии?»

«Для чего около электростанций устанавливают повышающий трансформатор?»

«Какой трансформатор устанавливают около потребителей электрической энергии?»