Если мы смогли подняться на ступеньку добычи электричества повыше, чем гальванические элементы и построили электрические генераторы, то с большой вероятностью они будут переменного тока.
А в переменном токе требуется как повышать напряжения, так и понижать — и в этом нам помогут трансформаторы…
Собственно, принцип трансформатора прост.
На сердечник наматываются две катушки. Если на одну из них подать переменное напряжение, то как в любой катушке генерируется переменное магнитное поле, которое во второй катушке электромагнитной индукцией генерирует электрический ток, также переменный.
Чтобы магнитное поле не рассеивалось, используют железный сердечник.
Соотношение количества витков в первичной катушке и во вторичной такое же, как получится с напряжениями на этих катушках.
То есть если во вторичной катушке будет больше витков, чем в первичной — выходное напряжение будет больше входного (повышающий трансформатор), если витков будет меньше — то и напряжение будет меньше (понижающий трансформатор).
На этом, собственно все.
Однако, само явление электромагнитной индукции было открыто Фарадеем в 1831-м, а первый трансформатор был придуман только в 1876-м (кстати, Павлом Яблочковым). У попаданца есть «зазор» в 45 для запуска этого полезного устройства.
Однако, трансформатор 1876 года по современным меркам был не трансформатором — у него был незамкнутый сердечник (просто железный штырь), а нормальный трансформатор с замкнутым сердечником появился только в 1884!
Именно трансформаторы подняли интерес к переменному току — и обеспечили его использование.
Если трансформатор придумать во времена Фарадея, то общий уровень применения электричества подскочит на 50-60 лет раньше — а это немало в индустриальную эпоху.
Конечно, придумывать трансформатор Яблочкова не стоит. Нужно сразу делать трансформатор с замкнутым сердечником.
Дело в том, что сердечник — это важная вещь и если он замкнут, то магнитное поле из него не выходит и КПД передачи тока резко возрастает.
Для сердечника нужно брать железо магнито-мягкое, то есть то, которое не годится для магнита — которое легко и плохо намагничивается, но так же легко размагничиваются. Ведь сердечник должен за секунду противоположно перемагнититься десятки раз, а то и сотни! То есть закаленная сталь, как магнитотвердый материал для сердечника не покатит. Для начала нужно именно железо с малым содержанием углерода. Ну а там уж всякие пермаллои подтянутся.
Трансформаторы имеют еще одно важное применения — это гальванические развязки для согласования входов-выходов. Особенно важно это встает в ламповой технике для развязок выходных каскадов электронных ламп.
От площади сечения сердечника зависит очень важный параметр — мощность трансформатора.
Естественно, чем толще сердечник, тем большую мощность может передать трансформатор.
Если взять квадратный корень из мощности трансформатора в ваттах, то мы получим площадь сечения сердечника в квадратных сантиметрах.
Вообще расчет обычного трансформатора на две катушки безобразно прост.
Самое сложное в нем — это правильно рассчитать окно в сердечнике, чтобы в него поместилось требуемое количество витков.
Сейчас просто непонятно, как до трансформатора не додумались сразу. Это ведь примитивное устройство. И вся теория для его создания существовала десятки лет. Однако — это одна из неявных придумок, которые никак на могли «висеть в воздухе», она неестественна для бытового представления вещей.
Кстати, сердечник не должен быть цельным, чтобы минимизировать наводимые в нем токи. Из-за этого его набирают из тонких крашеных Е-образных пластин, и это попаданцу вполне доступно.
Верно, а лучше сделать его порошковым, пусть даже не мо-пермаллой, а хотя бы сендаст-альсифер.
Это все отдельная тема, тут если писать статью, то она будет побольше, чем про сами трансформаторы. Со временем соберу.
А про трансформаторы я написал потому, что если бы они были придуманы сразу, как обнаружилась электромагнитная индукция, то наш мир, наверное, выглядел бы по-другому.
Порошковые нужны для высоких частот и маленьких мощностей, слишком большое у них магнитосопротивление. Для изготавливаемых руками силовых лучше всего навивать из железной ленты тороид.
Электрофорная машина — вот с чего начинать попаданцу надо.
Зачем?
И о какой эпохе речь?
Не только от площади сердечников зависит мощность трансформатора. Она в основном зависит от сечения проволоки, которой намотаны катушки. Из личного опыта: с кустарного трансформатора с сечением сердечника около пяти-шести сантиметров снималось около 120-130 ватт (четыре вольта и 30 ампер на амперметре), для проверки нагрузка повышалась до 50 ампер, но тогда транс начинал греться, да и падение напряжения не лезло просто ни в какие ворота. А будь первичка помощнее, а не от старого электросчетчика, еще больше бы получилось снять мощности.
Что мощность зависит от сечения провода — это понятно и так.
Я просто не представляю человека, полезшего в электротехнику и не представляющего этого явления.
Но вот что мощность зависит от сердечника — это уже чуть более нетривиально и формула, которую я описал — эмпирическая. И я подозреваю, что ваш транс начитал греться в том числе и от малого магнитопровода.
Она эмпирическая, но для НЫНЕШНЕЙ электротехнической магнитомягкой стали.
Попытка посчитать таким образом сердечник из стали типа ХРЖ (Хреновое Ржавое Железо) приведёт к тому, что трансформатор упрётся в насыщение и начнутся всякие нелинейные радости, дикий нагрев и низкий КПД — очевиднейшие из которых. Так что — нет, это плохой совет попаданцу.
Для попаданца лучше будет рецепт «бери железа побольше, не ошибёшься» и совет наматывать тороидальные сердечники (а не хайтечный набор из Ш-образных пластин, который технологичен только в развитом техномире). Тороид имеет полностью замкнутый поток и при прочих равных меньшую материалоёмкость, массу и размеры. Хотя и более трудоёмкок при намотке в нашем мире намоточных машин.
Для попаданца наверное одной из самых удобных схем построения транса будет трансформатор с сердечником, набранным из низкоуглеродистой железной проволки.
Однако, наверное, следует создать статью о производстве изолированной проволки?
Без нее тарннсформатор — лишь железка, выдающая на выходе вольт этак двести — триста.
А что именно вы хотите услышать про изоляцию?
ИМХО, все равно ничего проще вощеной бумаги попаданцу не придумать.
Так себе простота, производство бумаги… Неплохо бы подобрать природный материал с достаточной эластичностью.
А проще всего лакировка, но страдает надёжность. Можно лак армировать каким-нить волокном…
Армировать лак волокном — не вариант, все равно будет лопаться. Лучше подобрать рецептуру, сходную с цапонлаком, а если нет времени или специалистов — обмотка проволоки шелковой нитью или лентой. Места занимает мало, сравнительно просто (другое дело, что на редкость трудоемко), механически достаточно прочно.