Διάταξη:

• Παλμογεννήτρια
• Πηνία με 500 και 1000 σπείρες συνδεδεμένα σε κοινό πυρήνα μαλακού μαγνητικού υλικού.
• Αντίσταση 1 ΚΩ
• Παλμογράφος Δυο Καναλιών

Διαδικασία:

Συνδέουμε τη παλμογεννήτρια στα άκρα του ενός πηνίου. Συνδέουμε το Channel 1 του παλμογράφου στα άκρα του πηνίου με τις 1000 σπείρες και το Channel 2 στα άκρα της αντίστασης που είναι συνδεδεμένη σε σειρά με το πηνίο με τις 500 σπείρες. Τροφοδοτούμε το κύκλωμα με ημιτονοειδές σήμα συχνότητας 20 ως 100 Hz με την βοήθεια της παλμογεννήτριας. Ρυθμίζουμε τον παλμογράφο ώστε να απεικονίζονται στην οθόνη του το Channel 1 και το Channel 2 ταυτόχρονα και κάθε κανάλι να έχει 0,5 V/div. Παρατηρούμε ότι οι δυο κυματομορφές δεν έχουν διαφορά φάσης αλλά η κυματομορφή του Channel 2  έχει το μισό πλάτος του Channel 1, δηλαδή υπάρχει μια αναλογία $\frac{V_{2}}{V_{1}}=\frac{1}{2}$

Γιατί συμβαίνει αυτό;

Εξήγηση:

Ένα από τα μεγαλύτερα πλεονεκτήματα της διαμόρφωσης AC σε σύγκριση με των DC είναι ότι στη διανομή της ηλεκτρικής ενέργειας η ανύψωση και ο υποβιβασμός της τάσης γίνεται πιο εύκολα. Η απαιτούμενη μετατροπή τάσης επιτυγχάνεται με τη χρήση μετασχηματιστών.

Ένας μετασχηματιστής αποτελείται από δυο πηνία, περιελιγμένα στον ίδιο πυρήνα, τα οποία έχουν την ίδια αμοιβαία επαγωγή. Το πηνίο που τροφοδοτείται με ηλεκτρικό ρεύμα ονομάζεται πρωτεύον πηνίο ενώ το πηνίο που δίνει ηλεκτρικό ρεύμα ονομάζεται δευτερεύον.

Το εναλλασσόμενο ρεύμα στο πρωτεύον πηνίο δημιουργεί εναλλασσόμενη μαγνητική ροή Φ_Β στον πυρήνα, που είναι ίδια και στο πρωτεύον και στο δευτερεύον πηνίο. Σύμφωνα με τον νόμο του Faraday, αυτή προκαλεί ΗΕΔ στο κάθε πηνίο και έτσι ενέργεια μεταφέρεται από το πρωτεύον στο δευτερεύον πηνίο μέσω της μαγνητικής ροής στον πυρήνα και της ΗΕΔ που επάγεται.

Οι επαγόμενες ΗΕΔ που προκύπτουν είναι $E_{1}=-N_{1}\frac{d\Phi_{B}}{dt}$ για το πρωτεύον πηνίο και $E_{2}=-N_{2}\frac{d\Phi_{B}}{dt}$ για το δευτερεύον πηνίο οπότε $\frac{E_{1}}{E_{2}}=\frac{N_{1}}{N_{2}}$. Τέλος αν θεωρήσουμε ότι οι αντιστάσεις των δυο πηνίων είναι μηδενικές καταλήγουμε ότι $\frac{V_{2}}{V_{1}}=\frac{N_{2}}{N_{1}}$

Αν $V_{2}\succ V_{1}$ έχουμε ανύψωση τάσης ενώ αν  $V_{1}\succ V_{2}$  έχουμε υποβιβασμό.

Οι σπείρες στα πηνία μας είναι Ν₁ = 1000 και Ν₂ = 500 οπότε πρέπει $\frac{V_{2}}{V_{1}}=\frac{N_{2}}{N_{1}}\Rightarrow V_{2}=\frac{1}{2}V_{1}$

πράγμα που επαληθεύεται και στο πείραμα μας.

Επαναλάβουμε το πείραμα μας, αλλά συνδέσουμε στο Channel 1 τα άκρα του πηνίου με τις 500 σπείρες και στο Channel 2 τα άκρα του πηνίου με τις 1000 σπείρες. Τροφοδοτούμε το πηνίο των 500 σπειρών με ημιτονοειδές σήμα συχνότητας 10 ως 30 Hz με την βοήθεια της παλμογεννήτριας. Παρατηρούμε ότι οι δυο κυματομορφές πάλι δεν έχουν καμία διαφορά φάσης αλλά η κυματομορφή του Channel 2 είναι διπλάσια του Channel 1 δηλαδή υπάρχει μια αναλογία $\frac{V_{2}}{V_{1}}=\frac{N_{2}}{N_{1}}\Rightarrow V_{2}=2V_{1}$