I dag er alt afhængig af elektricitet - lige fra de værktøjer, vi arbejder med, til en stor del af vores underholdning. Alt synes at være forsynet med strøm og opladet, tilsluttet eller forbundet til nettet.
Vi bruger bogstaveligt talt elektricitet hele tiden. Og derfor tager vi det også for givet, at det kommer direkte ind i vores hus og sidder der i væggen ved siden af vores seng, sofa eller skrivebord.
Vi husker ikke altid at sætte pris på, hvor fantastisk teknologien er! Mange af os ved heller ikke meget om den, selv om det er en teknologi, som vi på mange måder er afhængige af i vores hverdag.
Hvad er en transformer?
En transformator er en elektromagnetisk anordning, der letter strømmen fra kraftværk til stikkontakt. Uden den ville vi ikke have adgang til mange af de ting og funktioner, som vi i dag tager for givet i hverdagen.
Faktisk ville vi slet ikke have elektricitet i vores hjem. Det er netop derfor, at vi skal tage os tid til at lære mere om disse enkle små apparater. De findes jo trods alt overalt omkring os!
Uden transformatorer ville vi sandsynligvis stadig leve under forhold, der minder mere om dem fra 1820'erne - eller deromkring. Denne artikel er en del af vores serie om magneter og magnetisme, så hvis du er interesseret i fysik, kan du tjekke vores andre artikler ud om emnet.
Da magnetisme og elektromagnetisme er de grundlæggende fænomener, som strømtransformere er baseret på, er det vigtigt at forstå, hvad de betyder.
Lad os se nærmere på strømtransformatoren - en af de mest undervurderede opfindelser, vi har.
Hvad gør en transformer?
Det er måske det vigtigste spørgsmål. Kort sagt er en elektrisk transformer en anordning, der overfører elektrisk energi fra et kredsløb til et andet.
Det smarte ved transformere - og det, der har været afgørende for industrien og lignende områder - er, at den gør dette uden behov for nogen form for metalforbindelse mellem de to forskellige kredsløb. Og det er faktisk det eneste, den gør.
Alligevel er de muligheder, som disse små enheder giver, utrolige, hvilket du vil indse, når du læser videre!
Der er dog en anden utrolig og vigtig ting, som transformatorer gør. De gør det også muligt at overføre strøm fra et højspændingskredsløb til et lav- eller mellemspændingskredsløb. Og denne lille kendsgerning er meget vigtig - som du snart vil se.
Vigtigste anvendelser
Energidistribution og kraftoverførsel
Lad os først se nærmere på transformatorernes rolle i energiforsyningen. Stort set al elektrisk energi passerer gennem en transformer (i det mindste på et eller andet tidspunkt) i løbet af sin livscyklus.
Mest sandsynligt vil en elektrisk effekt passere gennem flere af dem. Derfor spiller transformatorer en vigtig rolle for al den energi, der kommer ind i vores hjem. Lektiehjælp fysik kan give dig de rigtige redskaber for at klare dig bedre i faget!
Distributionen af elektricitet finder sted i massiv skala - over hele lande, hvis ikke hele kontinenter. Da den elektriske strøm har en utrolig lang vej at tilbagelægge, bruges transformatorer til at opdele kredsløbet i mindre dele.
Dette giver større stabilitet til ledningen og gør det lettere at isolere problemer, hvis de skulle opstå.
Step-up- og step-down-transformere
Den mest almindelige anvendelse af transformere er deres specifikke rolle som step-down- eller step-up-transformere. Dette er grundlaget for hele elnettets funktion. Den gør det muligt for al elektrisk energi at komme ind i dit hjem.
Spænding og strøm
Elnettet fungerer ved at overføre elektriske strømme ved ekstremt høje spændinger. Generelt gælder det, at jo højere strømmen er, jo mindre effektiv er transmissionen.
Med højere strøm produceres der mere varme, og der går mere energi tabt, når den frigives gennem ledningen. Jo højere strømstyrke, jo hurtigere strømmen passerer gennem ledningen.
Selv om det er fint nok, går en stor del af den elektriske energi tabt, hvis den overføres over lange afstande. Spænding på den anden side - eller EMF, som det nogle gange kaldes (elektromotorisk kraft) - er potentialforskellen mellem to forskellige punkter i en spole.
Det er det elektriske tryk, der gør det muligt for strømmen at flyde. Med andre ord er det den mængde energi, der kræves for at overføre strøm langs en spole.
Så elnettet bruger utrolig høj spænding - snarere end høj strøm. Men der er et indlysende problem med dette. Selv om højspændingselektricitet er meget lettere og mere effektiv at overføre, er den også meget farligere at bruge i praksis.
Det ville ikke være særlig smart at have utroligt høj spænding i alle vores stikkontakter. Derfor bruges transformatorer til at "hæve" spændingen af elektricitet, før den overføres, og til at "sænke" den igen bagefter.
Før den kan distribueres lokalt - og før den når frem til alle hjem - skal spændingen sænkes enormt meget. Det skyldes, at spændingen i vores nationale højspændingsledninger er tusindvis af gange højere end den spænding, som din bærbare computer eller elkedel kan klare.
Du vil forstå, hvor vigtige disse transformatorer er for os, hvis du tænker på, hvor ofte du bruger elektricitet i dit hjem på en almindelig dag.
Hvordan fungerer en transformer
Nu ved du, hvad transformere gør. Men hvordan gør de det? Hvordan fungerer de egentlig?
Det er det spørgsmål, vi skal besvare nu. Heldigvis vil du opdage, at svaret er enklere, end du måske tror. Hele processen er forbundet med en kraft, der kaldes elektromagnetisme, men hvad er elektromagnetisme egentlig helt præcist?
Elektromagnetisme er grænsefladen - eller kombinationen - af elektrisk strøm og magnetisme. Disse to ting er som to sider af den samme mønt. Transformere fungerer så ved at udnytte dette forhold.
Transformatorer er faktisk ret enkle. I deres enkleste form består de af to spoler af tråd omkring en ferromagnetisk kerne. Forestil dig en jernring med to kobbertråde viklet rundt om den på modsatte sider.
Strømmen passerer gennem den ene spole og ind i det, der kaldes den primære vikling. Som følge af den elektriske ladnings magnetfelt vil ændringer i jernkernens magnetiske flux skabe elektricitet i den sekundære vikling.
Dette er simpelthen grundlaget for, hvordan den ideelle transformer fungerer. Det vil sige gennem den proces, som vi nu kalder elektromagnetisk induktion.
Faradays lov (opkaldt efter manden, der opdagede den elektromagnetiske induktion) siger, at man kun behøver at ændre antallet af spoler på den sekundære spole for at ændre spændingen i det andet kredsløb.
Faradays lov og den magnetiske flux
Det var Michael Faraday, der opdagede alle disse principper for elektromagnetisk induktion, som nu er blevet centrale for transformerteknologien. Han byggede selv en lille transformer ligesom den, vi lige har beskrevet ovenfor.
Da han tilsluttede den ene side til et batteri og den anden side til et galvanometer, bemærkede han, at den elektriske ladning kun var i den sekundære ledning. Dette var dog kun, når han tilsluttede og derefter frakoblede batteriet.
Det blev den mest betydningsfulde del af hans opdagelse. Når den elektriske strøm var stabil i den første ledning, blev der ikke observeret nogen elektricitet i den anden ledning. Dette krævede en ændring i den elektriske ladning.
Det var netop denne ændring, der forårsagede den faktiske ændring i den magnetiske flux i jernkernen - hvilket gjorde overførslen af elektricitet mulig.
Vigtigheden af vekselstrøm
Denne opdagelse danner grundlaget for, hvordan transformatorer fungerer i dag. Det skyldes, at de kun fungerer med vekselstrøm - i modsætning til jævnstrøm.
Mens jævnstrøm er en stabil strøm, der kun bevæger sig i én retning, skifter vekselstrøm hele tiden retning. Det skaber ændringen af den magnetiske flux, som igen gør det muligt at overføre elektrisk strøm gennem transformeren - eller med andre ord gør det muligt at inducere elektricitet i den sekundære ledning.
Uden denne ændring af det magnetiske felt i transformeren ville der slet ikke være nogen overførsel af elektricitet.
Elektromagnetismens betydning
Michael Faraday gjorde denne opdagelse tilbage i 1830'erne. Siden da har der været flere forsøg på at forenkle og strømline processen, men på trods af dette har transformatorens grundprincipper ikke ændret sig overhovedet. Og det kommer de måske aldrig til at gøre.
Derfor vidner transformeren om, at elektromagnetismen og dens funktioner er en af de vigtigste opdagelser i vores verdenshistorie. Så du må hellere gøre dig bekendt med den!
Kunne du lide denne artikel? Skriv en anmeldelse!
Loading...
