שנאים ורשת החשמל.

שלב 1 מתוך 6

יחס הכריכות

שנאי הוא שני סלילים שמלופפים על אותה ליבת ברזל, בלי שום חיבור חשמלי ביניהם. לסליל הראשוני, שמחובר לגנרטור, נכנס זרם חילופין. הזרם יוצר בליבה שטף שעולה, יורד ומתהפך, והשטף המשתנה הזה עובר גם דרך הסליל המשני ומשרה בו מתח, לפי חוק פאראדיי מהשיעור הקודם.

אותו שטף עובר דרך כל כריכה של שני הסלילים, ולכן כל כריכה מקבלת אותו מתח. המתח של כל סליל גדל עם מספר הכריכות שלו:

$\frac{V_s}{V_p} = \frac{N_s}{N_p}$$\frac{V_s}{V_p} =$$\frac{N_s}{N_p}$⁠

בסצנה, הגנרטור של תחנת הכוח מייצר 25 kV, והשנאי שלידו מזין קו מתח של 100 km אל עיר. כרגע יחס הליפופים הוא $1$⁠: לשני הסלילים אותו מספר כריכות.

שלב 2 מתוך 6

הזרם יורד

התוויות שמעל הסצנה מראות את המתח ואת הזרם בכל צד של השנאי. שנאי לא מוסיף אנרגיה, ושנאי טוב גם כמעט לא מאבד אותה, ולכן ההספק שנכנס שווה להספק שיוצא:

$V_p I_p = V_s I_s$⁠

אם המתח עולה פי $16$⁠, הזרם חייב לרדת פי $16$⁠.

שלב 3 מתוך 6

אותו הספק

עכשיו יחס הליפופים הוא $16$⁠, והקו עובד ב־400 kV. הצגת זרם והפסדים על פועל: המיכל של השנאי שקוף, ועל כל רגל של הליבה יש כמה כריכות עבות בצד התחנה ופי $16$⁠ כריכות דקות בצד הקו. השוו את שתי התוויות.

שלב 4 מתוך 6

רק זרם חילופין

כל מה שהשנאי עושה עובר דרך שטף משתנה בליבה. זו הסיבה שרשת החשמל עובדת בזרם חילופין, שמתהפך 50 פעמים בשנייה.

שלב 5 מתוך 6

החום בקו

לכל תיל של הקו יש התנגדות, והזרם הופך בו הספק של $I^2 R$⁠ לחום. לאותו הספק $P$⁠ שנשלח, מתח גבוה פירושו זרם קטן, וכשמחשבים את ההפסד בשלושת התילים של הקו, הוא יוצא

$P_L = \frac{P^2 R}{V^2}$$P_L =$$\frac{P^2 R}{V^2}$⁠

כאשר $R$⁠ ההתנגדות של כל תיל ו־$V$⁠ המתח של הקו. הקו עובד עכשיו ב־100 kV.

שלב 6 מתוך 6

מתח כפול

$V$⁠ מופיע בנוסחה בריבוע, במכנה. נבאו מה יקרה לחום כשמכפילים את המתח, ואז בחרו פועל תחת הצגת זרם והפסדים והסתכלו בתרשים.

נסו: אחרי הניבוי, הזיזו את יחס הליפופים מ־1, בלי העלאה, 25 kV, ל־2, ל־4 ול־16: 50 kV, 100 kV ו־400 kV, וצפו בתילים מתקררים ובעיר מאירה. זו הסיבה שקווי מתח עובדים במאות אלפי וולט, ושנאים מורידי מתח מחזירים את המתח ל־230 V לפני שהוא מגיע לבית.

חזרה לניסוי ↑