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(2) In future presentations of the research findings, in addition to the course project website and public presentations, your real name and personal information will not appear in this research report. If you are interested in the research results, we can provide you with an executive summary after the study is completed.
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物理實驗

變壓器

交流電流過初級線圈,鐵芯磁通把能量耦合到次級:調匝數比看升壓降壓、驗證功率守恆,再切成直流電源——為什麼變壓器對直流完全沒轍?
t = 0.00 s

初級與次級電壓波形

實驗數據

尚無記錄。調整參數、完成一次量測後,按「記錄本次數據」把結果存進表格。

實驗參數

電源
初級匝數 Np
次級匝數 Ns
負載電阻 R

即時量測(振幅)

匝數比 Ns/Np
次級電壓 Vs
V
初級電流 Ip
A
次級電流 Is
A
初級平均功率 Pp
W
次級平均功率 Ps
W

畫面符號圖例

  • Np/Ns:初級/次級線圈匝數;電壓比=匝數比;鐵芯導磁、負載為次級接的電器

實驗任務

  1. 升壓與降壓:Np=200 固定,把 Ns 調成 100、200、400, 記錄 Vs——驗證 Vs/Vp=Ns/Np。 燈泡在升壓時更亮了嗎?(小心:功率是由負載決定的。)
  2. 能量不會憑空出現:升壓到 2 倍時看電流——Ip 是 Is 的 2 倍, Pp=Ps 始終相等。變壓器交換的是「電壓×電流」的組合,不是免費能量。
  3. 直流的滑鐵盧:切到 DC——接通瞬間有個短暫脈衝,然後 Vs 歸零、燈滅。 感應需要「磁通變化」,穩定的直流磁通感應不出任何東西。 這就是為什麼電力系統的天下是交流的(特斯拉 vs 愛迪生的戰爭核心)。
  4. 為什麼輸電要高壓:紙上計算——把 10 kW 送過電阻 5 Ω 的輸電線, 用 110 V 送(I≈91 A)線損 I²R≈41 kW(比送的還多!); 升到 11 kV(I≈0.9 A)線損只剩 4 W。這就是電網要先升壓再降壓的原因。

模型與假設

模型:理想變壓器——Vs=Vp·Ns/Np、 Ip=Is·Ns/Np、Pp=Ps(無損耗)。 DC 接通時以指數衰減脈衝示意暫態,之後 dΦ/dt=0、Vs=0。
假設:磁通完全耦合(無漏磁)、鐵芯不飽和、繞組無電阻; 真實變壓器效率約 95–99%,鐵損與銅損未模擬。波形為放慢 50 倍的模型時間,數值為振幅(非 RMS)。