چرا ولتاژ بالا برای رسیدن به خانه های ما "پایین" است؟ جادوی ترانسفورماتورها
یک سوئیچ نور را بچرخانید ، و در یک درام مهندسی پنهان ضربه می زنید. برق که به محل خروجی شما می رسد ، سفر خود را از این طریق آغاز نکرد - در خطوط برق با ولتاژ به اندازه کافی کشنده برای تبخیر فلز چرخید. قهرمان غیرقانونی این امنیت را ایجاد می کند؟ یک دستگاه جعبه ای و بی نظیر به نام ترانسفورماتور. بیایید باز کنیم که چگونه این اسب بخار آرام برق را به خواست ما خم می کند.
1. بزرگراه ولتاژ بالا
تصور کنید که سعی می کنید از طریق یک نی نوشیدنی ، ارزش آب Firehose را پمپ کنید. این همان چیزی است که انتقال قدرت با ولتاژ پایین به نظر می رسد. سیمها در برابر برق مقاومت می کنند و مقاومت را به عنوان گرما هدر می دهد (آن کویل های توستر درخشان را به خاطر می آورید؟). این ترفند است: الکترون ها را در ولتاژهای فوق العاده بالا فشار دهید ، و جریان را به حداقل می رسانید-سرعت جریان واقعی برق. جریان کمتر به معنای اصطکاک کمتر ، گرمای کمتری است.
شبکه های مدرن قدرت را در 500 ، {1}} ولت یا بیشتر شلیک می کنند. برای چشم انداز ، این 2 ، {3}} برابر بیشتر از سوکت دیواری شما است. فقط هنگامی که این سونامی برقی نزدیک محلات نزدیک می شود ، ترانسفورماتورها شروع به کاهش آن به سطح ایمن می کنند ، گام به گام.
2. تانگو مس و آهن
ترانسفورماتورها با استفاده از رقص بین مغناطیس و حرکت ، مبادله ولتاژ خود را از بین می برند. در قلب آنها:
- پشته ای از ورق های فولادی سیلیکون (هسته) ، که مزارع مغناطیسی مانند ریل ها را راهنمایی می کنند قطار
- دو سیم پیچ سیم جداگانه - یکی لاغر با هزاران حلقه (اولیه) ، دیگری ضخیم با چرخش کمتر (ثانویه)
شارژر تلفن خود را وصل کنید ، و در اینجا اتفاق می افتد:
1. قدرت AC از طریق سیم پیچ اولیه افزایش می یابد و یک میدان مغناطیسی پالس در هسته ایجاد می کند
2. این نیروی نامرئی از طریق سیم پیچ ثانویه جابجا می شود
3. الکترونهای موجود در ثانویه "لگد" می شوند - اما با ولتاژ تعیین شده توسط نسبت چرخش سیم پیچ
این مانند چرخ دنده ها است: یک چرخ دنده کوچک (چند سیم پیچ) را به سرعت بچرخانید تا یک دنده بزرگ (بسیاری از چرخش ها) را کندتر اما با گشتاور بیشتر حرکت کنید. به جز در اینجا ، ما در حال تجارت ولتاژ برای فعلی هستیم.
3. AC/DC: نبردی که خروجی شما را شکل داده است
ترانسفورماتورها دارای یک معامله گر هستند - آنها فقط با AC (جریان متناوب) کار می کنند. چرا؟ DC مانند یک رودخانه راکد جریان می یابد و یک میدان مغناطیسی استاتیک ایجاد می کند. عقب و جلو ثابت AC میدان مغناطیسی را ایجاد می کند ، این همان چیزی است که باعث ایجاد ولتاژ در سیم پیچ ثانویه می شود.
این عجیب و غریب "جنگ فعلی" بدنام تاریخ را حل و فصل کرد. ادیسون دی سی را تحت فشار قرار داد ، اما AC Tesla برنده شد زیرا ترانسفورماتورها شبکه های متقابل کشور را امکان پذیر کردند. خانه شما به لطف این نمایشگاه فناوری قرن نوزدهم ، امروز در AC اجرا می شود.
4. ترانسفورماتورها در مبدل
این دستگاه ها کلاه های زیادی می پوشند:
-غول های پستی: Behemoths خنک شده نفتی که قدرت در مقیاس شهر را اداره می کنند
- WALL WART MINIS: آن بلوک های شارژر مشروبات الکلی؟ ترانسفورماتورهای با فرکانس بالا کوچک
- مبتکران شبکه سبز: نسخه های جدید "هوشمند" اکنون ورودی های خورشیدی/باد نامنظم را متعادل می کنند
حتی اتومبیل های برقی دو بار از آنها استفاده می کنند: افزایش ولتاژ باتری برای موتورها ، سپس برای چراغهای جلو و درگاه های USB.
5. تلاش برای ترانسفورماتور کامل
بدون سیستم بی عیب و نقص نیست. ترانسفورماتورهای سنتی حدود 5 ٪ انرژی را به عنوان گرمای زباله خونریزی کردند - در سطح جهان ، این مانند پرتاب 50 کارخانه هسته ای است. پیشرفت های اخیر با هدف رفع این مسئله:
- هسته های Metglas: یک کاهش آلیاژ فلزی مانند شیشه 70 ٪
- سیمهای ابررسانا: موادی که (در صورت سرد شدن) بدون اصطکاک برق حرکت می کنند
- طرح های خود درمانی: ترانسفورمیانی که گسلهای داخلی را تشخیص می دهند و قدرت تغییر شکل می دهند
ترانسفورماتور نسل بعدی ممکن است کوچکتر ، ساکت و زیرزمینی دفن شده باشد-نامرئی اما ضروری.
جرقه نهایی
ترانسفورماتورها یک پارادوکس زیبا را تجسم می کنند: آنها کاملاً منفعل هستند (بدون قطعات متحرک!) اما دنیای بیش از حد ما را قادر می سازند. از اولین نمونه های اولیه تسلا گرفته تا جعبه زرق و برق در خیابان شما ، آنها بی سر و صدا بازنویسی می کنند که چگونه بشریت انرژی را اداره می کند. دفعه بعد که یک دستگاه را شارژ می کنید ، کلاه ذهنی خود را به این شکل الکترومغناطیسی - دیپلمات نهایی ولتاژ - نوک بزنید.