A transzformátor működésének alapjai

Az alábbi feladat a 2023-as (NAT 2012) októberi, középszintű fizika érettségi első részének 18. feladata volt. A feladat kulcsa a transzformátor.

Egy N = 200 menetes primer és N = 50 menetes szekunder tekerccsel rendelkező ideális transzformátor terheletlen kimenetén 100 V feszültséget mérünk. Mekkora a primer tekercsre kapcsolt feszültség?

• A)         25 V.       
• B)         100 V. 
• C) 400 V.

Érdemes kicsit tájékozódni a témában, mielőtt a helyes választ megnéznéd:

„Fizika általános iskolásoknak”

„Elektromosság és mágnesesség” c. fejezet

„A nyugalmi indukció és a transzformátor” c. lekében.

 Helyes válasz: C

A transzformátorok az elektromágneses indukció elvén működő eszközök, amelyek lehetővé teszik a feszültség növelését vagy csökkentését anélkül, hogy az áramkör megszakadna. Egy 2023 októberi érettségi kérdés az ideális transzformátorok egyik alapvető tulajdonságával foglalkozott, konkrétan azzal, hogy miként kapcsolódik össze a primer és a szekunder tekercsek menetszáma a kapcsolt és a mért feszültségekkel. A kérdés így szólt: “Egy N = 200 menetes primer és N = 50 menetes szekunder tekercsel rendelkező ideális transzformátor terheletlen kimenetén 100 V feszültséget mérünk. Mekkora a primer tekercsre kapcsolt feszültség?” A helyes válasz: C) 400 V.

Transzformátorok működése

Az ideális transzformátor esetében a primer és szekunder tekercsekben indukálódó feszültségek aránya egyenlő a tekercsek menetszámának arányával. Ez az arányosság az alábbi képlettel írható le:

Elemzés és megoldás

Adott egy transzformátor, ahol a szekunder tekercs menetszáma 50, a primer tekercs menetszáma pedig 200. A szekunder tekercs terheletlen kimeneti feszültsége 100 V. A transzformátor képletének alkalmazásával:

Ebből kiszámolható az elsődleges tekercs feszültsége:

Tehát az elsődleges tekercsre kapcsolt feszültség 400 V.

Következtetés

Az ideális transzformátorok működésének megértése alapvető az elektrotechnikában. Ez a feladat kiváló példája annak, hogyan lehet a fizikai törvényeket és a matematikai összefüggéseket alkalmazni valóságos mérnöki problémák megoldására. A transzformátorok nem csak elméleti szinten fontosak, hanem a mindennapi élet számos aspektusában is jelen vannak, az energiaátviteltől kezdve a különböző elektromos eszközökig. Az ilyen típusú érettségi kérdések segítenek a diákoknak abban, hogy jobban megértsék az elektromossággal és mágnességgel kapcsolatos fizikai jelenségeket, fejlesztve problémamegoldó és kritikai gondolkodási képességeiket.