ترانسفورماتورها و قدرت: افزایش کارایی

نکته اینجاست: الکتریسیته در واقع با عبور از سیم ها انرژی خود را از دست می دهد. کابل های فلزی با چیزی به نام مقاومت - مانند اصطکاک مقابله می کنند. تصور کنید که در جوراب خود روی فرشی سر می‌خورید. این کشش انرژی مفید را به گرمای هدر رفته تبدیل می کند. اگر سعی کنید برق معمولی خانگی را در مسافت های طولانی فشار دهید، بیشتر آن را به عنوان گرما از دست می دهید و سیم ها به طور خطرناکی داغ می شوند.

بنابراین، چگونه ابزارهای برق این مشکل را حل می کنند؟ آنها "فشار" - را که ما ولتاژ می نامیم افزایش می دهند. آن را مانند آب در لوله در نظر بگیرید: فشار بیشتر به شما امکان می‌دهد همان مقدار آب را با تلاش کمتر بسیار دورتر فشار دهید. به همین دلیل است که خطوط برق، برق را با ولتاژهای مضحک بالا برای مسافت های طولانی حمل می کنند. سپس، درست قبل از رسیدن به خانه، ترانسفورماتورها فشار را به سطوح ایمن برمی‌گردانند تا توستر شما منفجر نشود.

ارسال برق از یک نیروگاه دور به محله شما ساده نیست. با حرکت، مقاومت مقدار زیادی از آن انرژی را به گرما تبدیل می کند. اگر ما آن را با ولتاژ معمولی خانگی (حدود 120 ولت) ارسال کنیم، بیش از 90 درصد برق قبل از اینکه حتی به شهر شما نزدیک شود به عنوان گرما از بین می رود.

اصلاح هوشمندانه؟ ولتاژ را به سمت بالا - گاهی اوقات تا 115000 ولت یا بیشتر - افزایش دهید در حالی که ولتاژ فعلی را کاهش دهید. از آنجایی که توان اساساً ولتاژ ضربدر جریان است، می توانید همان انرژی را با "جریان" بسیار کمتری تحویل دهید. جریان کمتر به معنای اصطکاک کمتر در برابر سیم ها است، بنابراین گرمای کمتری هدر می رود. آن علائم هشدار دهنده بزرگ "ولتاژ بالا" روی دکل های انتقال فقط برای ایمنی نیستند - بلکه در واقع یک راه هوشمند برای صرفه جویی در انرژی هستند.

البته، شما نمی توانید فقط 115000 ولت را مستقیماً وارد خانه خود کنید. اینجاست که ترانسفورماتورها وارد می‌شوند. آنها مانند چرخ دنده‌های دوچرخه برای برق عمل می‌کنند، بین ولتاژ بالا/جریان کم برای سفر و ولتاژ پایین/جریان بالاتر برای استفاده واقعی - جابجا می‌شوند و این کار را بدون قطعات متحرک انجام می‌دهند.

تصویر دوچرخه سواری در سربالایی. شما دنده ها را عوض می کنید تا سرعت را با قدرت فشار بیشتر عوض کنید. ترانسفورماتورها روی ایده مشابهی کار می کنند، اما به جای سرعت و گشتاور، جریان الکتریکی (آمپر) را با فشار (ولت) عوض می کنند.

همه چیز به تعداد حلقه های سیم در دو سیم پیچ داخل برمی گردد. حلقه های بیشتر در سمت خروجی به معنای ولتاژ بالاتر (پله-بالا) است. حلقه های کمتر به معنای ولتاژ کمتر است (پایین-). این "نسبت دنده" ساده به آنها اجازه می دهد ولتاژ را به طور موثر و بدون هیچ قطعه مکانیکی تغییر دهند.

در اینجا تقریباً نحوه کار این سفر آمده است:

در نیروگاه: ترانسفورماتورهای پله‌ای{0} ولتاژ را برای سفرهای طولانی-افزایش می‌دهند.

در پست های بزرگ: ترانسفورماتورهای بزرگ آن را به سطوح متوسط ​​برای منطقه محلی کاهش می دهند.

در تیرهای همسایگی یا در جعبه های سبز: ترانسفورماتورهای کوچکتر آن را برای آخرین بار به ولتاژ ایمن 120 یا 240 ولتی می اندازند که خانه شما نیاز دارد.

به طرز شگفت انگیزی، کل این فرآیند انرژی بسیار کمی را هدر می دهد. ترانسفورماتورهای توزیع به گونه ای ساخته شده اند که کارایی بالایی داشته باشند.

پس چگونه برق از یک سیم پیچ به سیم پیچ دیگر می پرد در حالی که سیم ها واقعاً با هم تماس ندارند؟ همه اینها به لطف قانون استقرا فارادی است.

هنگامی که الکتریسیته از سیم پیچ اول عبور می کند، یک میدان مغناطیسی قوی ایجاد می کند. آن میدان مغناطیسی نامرئی به سراسر شکاف می رسد و جریان جدیدی را در سیم پیچ دوم القا می کند. برای اطمینان از اینکه تقریباً هیچ یک از انرژی از بین نمی رود، هر دو سیم پیچ دور یک هسته آهنی سنگین پیچیده شده اند که مانند بزرگراهی برای مغناطیس عمل می کند و مستقیماً آن را از یک طرف به طرف دیگر هدایت می کند.

این جدایی فیزیکی نیز یک امتیاز ایمنی بزرگ است. اگر رعد و برق به خطوط برق برخورد کند، شکاف کمک می کند تا آن موج عظیم از سرخ کردن همه چیز در خانه شما جلوگیری کند.

آیا تا به حال به آن بلوک کوچک سنگین روی سیم لپ تاپ خود توجه کرده اید؟ این یک ترانسفورماتور کوچک است. برق خانگی با ولتاژ 120 ولت هنوز برای وسایل الکترونیکی حساس بسیار زیاد است، بنابراین این "آجرهای برقی" آن را کاهش می دهند:

پریز دیواری: 120 ولت

لپ تاپ: حدود 19 ولت

تلفن هوشمند: معمولا 5 ولت

این شارژرهای کوچک بر خلاف شارژرهای بزرگ روی قطب (که اغلب روغن-برای خنک کردن پر می‌شوند)، خشک هستند-نوع - و فقط از هوا و باله‌ها برای خنک ماندن استفاده می‌کنند. به همین دلیل است که وقتی برای مدتی شارژ می‌شوید، گرم می‌شوند. اگر با دقت گوش کنید، حتی ممکن است صدای وزوز ضعیفی بشنوید. این قطعات فلزی داخلی است که از میدان های مغناطیسی در حال تغییر ارتعاش می کنند.

آن ترانسفورماتورهای غول پیکر روی قطب ها باید با گرمای بسیار بیشتری مقابله کنند. آنها با روغن مخصوص پر شده اند و دارای پره های فلزی مانند رادیاتور ماشین هستند تا به دفع گرما کمک کنند. مهندسان به دقت محاسبه می کنند که هر کدام چقدر بار می توانند تحمل کنند تا بیش از حد گرم نشوند، به خصوص در روزهای گرم تابستان که همه از AC خود استفاده می کنند.

به لطف این همه مهندسی هوشمندانه، ترانسفورماتورهای مدرن می توانند به بازدهی 98٪ یا بالاتر برسند. این بدان معناست که تقریباً تمام برقی که وارد می شود در واقع به پریزهای شما می رسد.

در پایان روز، ترانسفورماتورها دلیلی هستند که می‌توانیم برق را به طور موثر در مسافت‌های طولانی بدون اتلاف مقادیر زیادی انرژی حرکت دهیم. زمانی که نیکولا تسلا برای بازگشت جریان متناوب در معروف «جنگ جریان‌ها» فشار آورد، این فناوری نقش مهمی در پیروزی او داشت.

امروزه این وسایل بی صدا اهمیت بیشتری دارند. با کاهش اتلاف انرژی، آنها به کاهش ردپای کربن ما کمک می کنند و منابع انرژی تجدید پذیر را کاربردی تر می کنند.

دفعه بعد که برای پیاده روی بیرون آمدید، کمی "لکه بینی ترانسفورماتور" را امتحان کنید. به دنبال استوانه‌های خاکستری روی تیرک‌های چوبی، جعبه‌های سبز رنگ روی زمین یا پست‌های حصاردار بزرگ باشید. همه آنها بی سر و صدا یک کار را انجام می دهند - تعادل ولتاژ و جریان را انجام می دهند تا بتوانید بدون دوبار فکر کردن تلفن خود را شارژ کنید.

وقتی به آن فکر می‌کنید{0}}تعجب‌کننده است: یک اختراع درخشان قرن نوزدهمی-هنوز قلب تپنده شبکه برق قرن بیست و یکم-ما است.

اکنون تماس بگیرید