Demonstration
av
Magnetism:
demonstration 1
och
demonstration 2
Transformatorn: Något
om elöverföring, demonstration3:upptransformering, demonstration 4: nedtransformering
demonstration 5:effekter av transformering
Demonstrationsuppgift - Magnetism
Syfte:
Detta försök går ut på att påvisa de magnetiska flödeslinjerna kring en magnet
Material:
Overheadappart, stavmagnet, järnflisspån och "lock”.
Utförande:
Placera stavmagneten på overheadapparaten och därefter locket över stavmagneten, strö därefter över järnflisspånen och studera det mönster som bildas. Det är det magnetiska flödeslinjerna som ”avbildas”.
Syfte:
Detta försök går ut på att påvisa att ström kan ge upphov till ett magnetfält samt att visa högerhandsregeln (som visar åt vilket håll ett magnetfält går åt då det finns en ström i ledaren).
Material: Overhead apparat, rak ledare, ledare som är formad som en spole, spänningsaggregat, kablar och kompassnål
Utförande:
Placera den raka ledaren på overheadapparten och koppla den till spänningsaggregatet. Placera därefter kompassnålen och notera åt vilket håll den pekar. Slå därefter på strömmen och notera att kompassnålen har ändrat riktning.
Sätt tummen i strömmensriktning och då kommer fingrarna att peka i magnetfältets riktning. Gör därefter på samma sätt med spolen, men i detta fall så måste man ha fingrarna i strömmensriktning och tummen kommer därmed att visa åt vilket håll magnetfältet går åt.
Rak ledare
Strömmen ej påkopplad Strömmen påkopplad
Ledare som är formad som en spole
Strömmen ej påkopplad Strömmen påkopplad
Demonstration: Transformatorn
Spänningen omvandlas alltså flera gånger på sin väg till oss konsumenter . Generatorn i kraftverket levererar en spänning på säg 20 000 V som sedan höjs till ( transformeras upp till ) 400 000 V. Nu transporteras elströmmen med den höga spänningen genom ledningarna. Innan strömmen når förbrukarna sänks spänningen (transformeras ner till ) etappvis till 400/230 V.
Överföring från kraftverk till förbrukare
Ju högre spänningen är i en kraftledning, desto mindre blir energiförlusterna. En del av elenergin omvandlas till värme och ju högre spänningen är desto mindre blir värmeutvecklingen. Detta beror på att när spänningen är hög är strömmen lång och tvärtom. En liten ström innebär att färre elektroner per tidsenhet kommer att "knuffa" på varandra och ge värme.
Transformatorn ändrar spänningen
Spänningen sänks eller höjs med hjälp av en transformatorn. En transformatorn består av en järnkärna och två spolar, den spole som är kopplad till spänningskällan kallas primärspole och den andra kallas sekundärspole.
Om primärspolen matas med växelström kommer dess ändar att omväxlande bli syd- och nordändar. Primärspolens magnetfält kommer ständigt att växla riktning. Genom induktion bildas då en växelström i sekundärspolen.
Flyter det likström genom primärspolen, blir magnetfältet i kärnan lika stort hela tiden. Då saknas det förutsättningar för att det ska alstras en induktionsspänning i sekundärspolen. Transformatorn fungerar bara för växelström.
|
|
När växelströmmen genom primärspolen ökar, växer magnetfältet och en spänning induceras i sekundärspolen. Lampan lyser. |
|
|
När växelströmmen vänder varken ökar eller minskar den. Magnetfältet är konstant. Lampan slocknar för ett kort ögonblick, men detta märker man inte om frekvensen är tillräckligt hög. |
|
|
När strömmen genom primärspolen sedan minskar avtar magnetfältet och en motriktad spänning induceras i sekundärspolen. Strömmen går åt andra hållet. Lampan lyser åter. |
Upptransformering och nedtransformering
Spänningen i sekundärspolen beror på hur många varv spolen har. Om sekundärspolen har fler varv än primärspolen får man en högre spänning än den man matade in på primärspolen. Om sekundärspolen i stället har mindre antal varv än primärspolen får man en lägre spänning.
Har primärspolen 50 varv och sekundärspolen 100 varv blir spänningen på transformatorns sekundärsida två gånger större än på primärsidan. Har primärspolen 50 varv och sekundärspolen 10 varv blir spänningen på transformatorns sekundärsida 1/5 av den på primärsidan.
Om man alltså matar in en spänning på 12 V så kommer den spänning som kommer ut att vara 2 ● 12 V=24 V
Material: 5 Spolar (1200 varv, 600 varv, 300 varv, 6 varv och 1 varv), U-kärna med ok, spänningskälla, 2 voltmetrar, 1 spik, vatten, sladdar.
Demonstration 3: Upptransformering
Syfte:
Detta försök går ut på att visa vad som händer vid upptransformering.
Utförande:
Sätt två spolar, den ena innehåller 600 varv och den andra 1200 varv i en U-kärna och spänn fast oket. Koppla spolen med 600 varv till spänningskällan (den blir då primärspole) och spole nummer två kopplas till den andra voltmetern (blir därmed sekundärspole).
Vrid upp spänningskällan till 10 V och läs av utslaget på voltmetern från sekundärspolen.
Nu har vi fått en högre spänning och lägre strömstyrka på .
Demonstration 4: Nedtransformeringa
Syfte:
Detta försök går ut på att visa vad som händer vid nedtransformering.
Utförande:
Uppkoppling på samma sätt som i 1, men låt primärspolen ha 1200 varv och sekundärspolen 300 varv.
Vrid upp spänningskällan till 30 V och läs av utslaget på voltmetern från sekundärspolen.
Som resultat nu har vi fått en lägre spänning och en högre strömstyrka
Demonstration 5: Effekter av transformering
Syfte:
Detta experiment ska försöka åskådliggöra varför man väljer att ha en mycket hög spänning när man transporterar elströmmen i en kraftledning för att undvika stora energiförluster.
Nu ska vi ha en spole med 600 varv som primärspole och sekundärspolen har endast ett varv. Spolen som består av ett varv är formad till en ränna. Häll vatten i rännan och vrid upp spänningen till ca 230 V. Nu kommer spänningen att sjunka medan strömstyrkan ökar och det kommer att bli så varmt att vattnet kokar.
För att undvika energiförluster ska alltså spänningen vara hög vid eltransport.
Syfte:
Detta försök vill visa att i andra sammanhang krävs det mycket stor ström, t ex i svetsutrustning när man ska få metaller att smälta. Det kan man åstadkomma genom att transformera ner spänningen från 220 V till mycket låg spänning och på så sätt öka strömmen till flera tusen ampere på sekundärsida.
Detta går att visa med följande experiment.
Primärspolen innehåller 600 varv och sekundärspolen 6 varv. Vi kortsluter sekundärspolen med en galvaniserad spik. Primärspolen kopplas till spänningskällan som vrid upp till ca 230 V. På sekundärsida får man ca 100 gånger så stor ström som på primärsidan. Spiken kommer att blir så varm att den börjar glöda och eventuellt gå av.
