Принцип действия трансформатора.
Глядя на конструкцию, сложно не задаться вопросом, каким образом напряжение с первичной обмотки попадает на вторичную – ведь гальванической связи, т.е., непосредственного контакта, нет? Ответить на этот вопрос не сложно, сложно будет понять, но об этом немного позже. Так вот, в основе работы трансформатора лежит явление электромагнитной индукции. Не путайте магнитную индукцию – физическую величину и электромагнитную индукцию – явление! К этому замечательному явлению мы ещё вернёмся, а пока разберём количественные соотношения токов и напряжений в трансформаторе.
Физические величины, описывающие трансформатор, и связь между ними.
На рис.3 представлена схема подключения трансформатора (амперметры и вольтметры могут и отсутствовать, разумеется).
W1 – количество витков в первичной обмотке;
U1 – напряжение на первичной обмотке;
I1 – сила тока в первичной обмотке;
P1 – мощность, отдаваемая генератором;
W2 – количество витков во вторичной обмотке;
U2 – напряжение на вторичной обмотке;
I2 – сила тока во вторичной обмотке;
P2 – мощность, рассеиваемая потребителем;
n – коэффициент трансформации.
η – КПД трансформатора.
Основной формулой трансформатора является отношение числа витков в одной обмотке к числу витков другой, что называют коэффициентом трансформации:
для понижающего трансформатора 
для повышающего трансформатора (т.е., большее делится на меньшее с указанием – повышающий трансформатор или понижающий). В идеальном (и только в идеальном!) трансформаторе отношение числа витков можно заменить отношением соответствующих напряжений:
для понижающего трансформатора и
для повышающего трансформатора.
В трансформаторе с потерями используется несколько другой подход, но это материал 11 класса.
В идеальном трансформаторе (η = 100%) генератор отдаст такую мощность, какую требует потребитель (что зависит от сопротивления потребителя и напряжения на нём), поэтому можно записать:
Р1 = Р2, или U1 · I1 = U2 · I2,
из чего можно получить ещё одно отношение
,
т.е. отношение напряжений в обмотках обратно отношению их токов (чем больше напряжение в обмотке, тем меньше сила тока в ней).
В реальном трансформаторе КПД меньше ста процентов. Во-первых, из-за сопротивления провода обмоток (закон Джоуля-Ленца никто не отменял), во-вторых, из-за перемагничивания сердечника (ток меняется и магнитное поле тоже меняется, что требует энергии), в-третьих, из-за излучения электромагнитных волн, хоть и слабого, а в-четвёртых, из-за так называемых токов Фуко в сердечнике, о которых речь пойдёт в теме «Электромагнитная индукция». Эти токи, кстати, и греют пищу в микроволновках.
По определению, КПД – есть отношение работы полезной к работе затраченной. Полезная работа, в данном случае, это работа тока в потребителе, а затраченная – та, которую совершит генератор. Отношение работ всегда можно заменить отношением мощностей:
; 
; 
;
- Некоторые практические вопросы.
Количество витков во вторичной обмотке всегда можно рассчитать по коэффициенту трансформации и по количеству витков в первичной. А сколько должно быть витков в первичной обмотке? Однозначного ответа здесь нет, т.к. это зависит от величины входного напряжения и размеров трансформатора (расчёт хоть и не очень сложен, но требует специфических знаний). А каких размеров брать трансформатор? А вот это зависит от мощности потребителя, для которого этот трансформатор изготавливается. Практически получается вот что: чем больше мощность потребителя, тем больше размеры трансформатора, а чем больше размеры трансформатора, тем меньше витков нужно мотать в первичную обмотку. А чем меньше витков, тем толще можно взять провод, уменьшив тем самым тепловые потери в обмотках и увеличив КПД. Есть и масса других факторов, влияющих на выбор сердечника (частота переменного тока, вырабатываемая генератором, марка материала магнитопровода, толщина пластин и т.д.), но говорить об этом теперь – преждевременно. А потребляет ли мощность трансформатор, подключенный в сеть, но без потребителя? Если он идеальный, то нет, а реальный немного потребляет по указанным выше причинам.
Задачи
Если вы внимательно изучили материал, заучили формулы и определения, то достаточно легко решите простые задачи. Для решения более сложных задач потребуются знания раздела «Электричество» 8 класса (памятки я вам высылал в прошлом учебном году).