Quali sono gli usi dei trasformatori?

I trasformatori usano le proprietà dell'induzione magnetica per cambiare (trasformare) una corrente variabile in una bobina primaria in una nuova corrente in una bobina secondaria.

Una corrente in una bobina crea un campo magnetico. Quando questa corrente cambia, anche il campo magnetico cambia. Se un'altra bobina si trova all'interno del campo magnetico, il campo magnetico che cambia induce una corrente nella seconda bobina.

Si scopre che questo è molto utile per cambiare la tensione della corrente alternata. Quando le due bobine hanno un diverso numero di giri, il cambiamento di tensione è proporzionale al rapporto tra i giri della bobina primaria e quelli della bobina secondaria.

Per esempio, se la bobina secondaria ha solo la metà del numero di giri della bobina primaria, la tensione alternata indotta nella bobina secondaria è la metà di quella della bobina primaria.

In un interessante (e utile) intreccio, se applichiamo una corrente alla bobina secondaria invece della primaria, il risultato è opposto. Nel nostro esempio sopra, la tensione raddoppierebbe.

Parliamo della trasmissione di energia a livello nazionale e locale. La rete nazionale opera a tensioni molto alte. Alcune linee di trasmissione AC trasportano corrente a 500.000 volt. Per usare quell'energia, la trasformiamo in qualcosa da distribuire localmente - forse 30.000 volt.

Il trasformatore che vedi sul palo di fronte a casa tua abbassa la tensione a qualcosa che possiamo usare in sicurezza. In Nord America, si tratta di due linee dalle estremità opposte della bobina secondaria che trasportano ciascuna corrente a 120 volt per un totale di 240 volt. La corrente domestica a 120 volt costituisce la stragrande maggioranza dei requisiti degli elettrodomestici e dell'illuminazione del Nord America.

Altre parti del mondo usano tensioni più alte, e per una buona ragione, ma lasciatemi fare un passo indietro un momento perché a questo punto, ad alcuni di voi che leggono questa risposta è apparsa una lampadina sopra la vostra testa. So che state pensando: "Ehi, se possiamo aumentare la potenza, perché non lo facciamo in modo da poterne avere di più senza causare più inquinamento, iniziare guerre, caricare auto elettriche e avere asciugacapelli più potenti? Ho ragione?"

No. Quando trasformiamo la tensione, la corrente cambia nelle stesse proporzioni. Se abbiamo un apparecchio che assorbe 120 volt a 10 ampere, sono 1200 watt. Quell'apparecchio ha bisogno di 1200 watt per fare il lavoro che ci aspettiamo da lui.

Se improvvisamente aumentiamo la tensione a 240 volt, la corrente assorbita scende a 5 ampere, ma la potenza rimane la stessa a 1200 watt.

È così che funziona perché alla fine è la potenza che fa il lavoro.

Corrente più alta significa un filo più spesso (più rame) che è una merce piuttosto costosa. Un recente acquisto di filo 14 AWG al locale Big Box Giant è costato 60 dollari per una bobina da 500 piedi.

Tensioni più alte = corrente più bassa = fili più piccoli, che è parte della ragione per cui quelle linee di trasmissione a lunga distanza da 500.000 volt non hanno lo stesso diametro di un tunnel attraverso una montagna o sotto un fiume.

Se abbiamo bisogno di 750.000 ampere a 120 volt, potremmo costruire un trio di fili massicciamente spessi (scusate, sono troppo stanco per fare i conti adesso) per portarli a destinazione. Oppure potremmo aumentare la tensione fino a 500.000 o 250.000 volt, il che riduce la corrente a qualcosa di gestibile, e inviarla attraverso dei fili molto più sottili - qualcosa dell'ordine di 4 pollici di diametro.

Quindi lo scopo dei trasformatori - trasformare la corrente elettrica, ovviamente.