שנאים והעברת חשמל
הוצג| English | משמעות |
|---|---|
| transformer/trænsˈfɔːmə/ | מתחיל |
| primary/ˈpraɪməri/ | ראשוני |
| secondary/ˈsekəndəri/ | משני |
| step-up/step ʌp/ | העלאת מתח |
| step-down/step daʊn/ | הורדת מתח |
| transmission/trænˈsmɪʃn/ | העברה |
העברת חשמל ברחבי המדינה
- תחנות כוח נמצאות הרחק מהערים, עם זאת נשאר רק מעט מאוד אנרגיה לאבוד בדרך.
- הסוד טמון בטרנספורמה, המשנה את גודל מתח הזרם החילופין.
- זה מאפשר לנו לשלוח חשמל במתח גבוה מאוד — והוא הדבר שמשמר את ההפסדים נמוכים.
הטרנספורמה
- לטרנספורמה יש שני סלילים על ליבת ברזל רך: סליל ראשוני (כניסה) וסליל משני (יציאה).
- הזרם החילופין בסליל הראשוני יוצר שדה משתנה בליבה, который מייצר מתח חילופין מושפע בסליל המשני.
- המתחים ומספר ההברות קשורים זה לזה לפי:
- היא עובדת רק על זרם חילופין; זרם ישר (d.c.) קבוע אינו יוצר שדה משתנה.
משוואת השנאי
Vs/Vp = Ns/Np
יחס המתח שווה ל-יחס הסיבובים — סיבובים יותר במפסגה מעלים את המתח.
שנאי פועל עם זרם ישר (d.c.) רציף.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
לשנאי נדרש שדה מגנטי משתנה, ולכן הוא פועל רק על זרם חילופין. זרם ישר רציף אינו משתנה ואינו גורם להשראה כלשהי.
לשנאי יש $1000$ סיבובים במפסגה ו$50$ במפסגה. המתח במפסגה הוא $240\ \text{V}$. מהו המתח במפסגה, בוולט?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$V_s = V_p \times \dfrac{N_s}{N_p} = 240 \times \dfrac{50}{1000} = 12\ \text{V}$ — שנאי מוריד מתח.
טרנספורמרים מעלה ומטה
- יותר סיבובים בסליל השני → טרנספורמר מעלה (המתח עולה).
- פחות סיבובים בסליל השני → טרנספורמר מטה (המתח יורד).
- אם היעילות היא 100%, הספק כניסה = הספק יציאה:
- לכן טרנספורמר מעלה מרים את המתח אך מפחית את הזרם.
טרנספורמר אמיתי משנה מתח של אספקת חשמל חילופין
טרנספורמר
הוספת סיבובים למפסגה מעלה את המתח, הפחתתם מורידה אותו — Vs/Vp = Ns/Np, בדיוק כך הרשת מעבירה כוח ביעילות.
לשנאי מעלה מתח יש:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
סיבובים יותר במפסגה נותנים מתח יציאה גבוה יותר — זהו שנאי מעלה מתח.
שנאי מעלה מתח ביעילות 100% מעלה את המתח ומוריד את הזרם.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
הכוח שמר ($I_p V_p = I_s V_s$), ולכן אם המתח עולה, הזרם חייב לרדת.
מדוע מתח גבוה להעברה
- הספק האבוד בחום בקבלים הוא $P = I^2 R$ ($R$ = התנגדות הכבל).
- טרנספורמר מעלה מרים את המתח ולכן מפחית את הזרם עבור אותו הספק ($P = IV$).
- זרם קטן יותר פירושו פחות מאוד הספק אבוד בקבלים.
- לאחר מכן טרנספורמר מטה מוריד את המתח לערך בטוח לפני שהחשמל מגיע לבתי מגורים.
טרנספורמר
מדוע שולחים חשמל לכל הארץ במתח גבוה מאוד?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
לעוצמת חשמל נתונה, העלאת המתח מורידה את הזרם. מכיוון שההפסדי החום הם $I^2R$, זרם קטן מבזז הרבה פחות אנרגיה.
קבל מעביר זרם של $20\ \text{A}$ ויש לו התנגדות של $5.0\ \Omega$. כמה אנרגיה נבזז כחום, בוואט?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$P = I^2 R = 20^2 \times 5.0 = 400 \times 5.0 = 2000\ \text{W}$. הורדת הזרם תפחית זאת בחדות.
הבנתך מושלמת
- טרנספורמר: $\dfrac{V_p}{V_s} = \dfrac{N_p}{N_s}$; עובד רק על חילופין (a.c.)
- יותר סיבובים בשני = מעלה (V↑); פחות = מטה (V↓)
- יעילות 100%: $I_p V_p = I_s V_s$ — מעלה מרימה את V אך מפחיתה את I
- העברה במתח גבוה → זרם נמוך → הפסדי $I^2R$ פחות בכבלים