PrihlásiťKto si?

Fyzika · 3. ročník SŠ › Striedavý prúd › lekcia 4 z 4

Transformátor a prenos elektrickej energie

Prečo vedú cez krajinu drôty so 400 000 voltmi, keď v zásuvke stačí 230 V?

⏱️ 13 min🧠 kvíz 8 otázok✅ skontrolované 16.10.2026
🎯 Čo zvládneš (4)

Vysoké stožiare nesú vodiče s napätím 400 kV, na sídlisku stojí trafostanica, ktorá ticho bzučí, a v nabíjačke mobilu je ďalší transformátor. Elektrina na ceste z elektrárne do zásuvky prejde niekoľkými transformátormi. Za 13 minút pochopíš, ako transformátor mení napätie a prečo sa to oplatí.

Ako funguje transformátor

Transformátor má dve cievky na spoločnom uzavretom jadre z tenkých, navzájom izolovaných oceľových plechov. Primárna cievka (N1N_1 závitov) je pripojená na striedavé napätie U1U_1. Striedavý prúd v nej vytvára v jadre striedavý magnetický tok, ktorý prechádza aj sekundárnou cievkou (N2N_2 závitov) a indukuje v nej napätie U2U_2.

Keďže indukované napätie vzniká len pri zmene toku, transformátor pracuje iba so striedavým prúdom. Na jednosmernom napätí je tok stály a na sekundárnej cievke nie je (okrem okamihu zapnutia) žiadne napätie. Primárom by navyše tiekol veľký prúd obmedzený len odporom drôtu a cievka by sa prehriala.

U₁ = 230 V N₁ = 1150 U₂ = 12 V N₂ = 60 jadro z plechov

Znižovací transformátor: primárna cievka má 1150 závitov a 230 V, sekundárna 60 závitov a 12 V. Nakreslených je len pár závitov.

Napätia a závity

Pre ideálny transformátor (bez strát) je pomer napätí rovnaký ako pomer počtu závitov:

U2U1=N2N1=k\frac{U_2}{U_1} = \frac{N_2}{N_1} = k

kk je transformačný pomer. Ak k>1k > 1, transformátor je zvyšovací, ak k<1k < 1, znižovací.

Keďže sa energia nestráca, výkony sú rovnaké: U1I1=U2I2U_1 I_1 = U_2 I_2, a preto

I2I1=N1N2\frac{I_2}{I_1} = \frac{N_1}{N_2}

Kde je menšie napätie, tečie väčší prúd — sekundárna cievka znižovacieho transformátora má preto menej závitov z hrubšieho drôtu. Skutočné veľké transformátory majú účinnosť nad 99 %.

Transformátor 230 V → 12 V má na primárnej cievke 1150 závitov. Koľko závitov má sekundárna cievka a aký prúd tečie primárom, keď sekundár dáva 2 A?

  1. N2=N1U2U1=1150⋅12230=N_2 = N_1\dfrac{U_2}{U_1} = 1150\cdot\dfrac{12}{230} = 60 závitov
  2. Výkon na výstupe: P=U2I2=12⋅2=24 WP = U_2 I_2 = 12\cdot2 = 24\,\mathrm{W}
  3. Primár (ideálne): I1=PU1=24230≈I_1 = \dfrac{P}{U_1} = \dfrac{24}{230} \approx 0,10 A

Transformátor nevyrába energiu. Keď zvýši napätie, prúd zmenší v rovnakom pomere — výkon na výstupe nemôže byť väčší ako na vstupe. A pozor na prúdy: pomer prúdov je obrátený pomer závitov (I2I1=N1N2\dfrac{I_2}{I_1} = \dfrac{N_1}{N_2}), nie rovnaký ako pri napätiach.

Prečo sa prenáša vysokým napätím

Ten istý výkon P=UIP = UI môžeš preniesť pri veľkom napätí a malom prúde alebo naopak. Straty vo vedení sú však RI2RI^2 — závisia od prúdu.

Výkon 10 MW sa posiela vedením s odporom 5 Ω. Porovnaj straty pri 22 kV a pri 110 kV.

  1. Pri 22 kV: I=10 000 00022 000≈455 AI = \dfrac{10\,000\,000}{22\,000} \approx 455\,\mathrm{A}, straty RI2=5⋅4552≈1,03 MWRI^2 = 5\cdot455^2 \approx 1{,}03\,\mathrm{MW} — asi 10 % výkonu
  2. Pri 110 kV: I≈91 AI \approx 91\,\mathrm{A}, straty 5⋅912≈41 kW5\cdot91^2 \approx 41\,\mathrm{kW} — asi 0,4 %
  3. Päťnásobné napätie → päťkrát menší prúd → 25-krát menšie straty.

Všeobecne: nn-krát vyššie napätie znamená pri rovnakom výkone n2n^2-krát menšie straty. A práve transformátor umožňuje napätie lacno zvýšiť a znížiť — preto sa v sieti používa striedavý prúd. Vyššie napätie však vyžaduje väčšie izolátory, vyššie stožiare a väčšie vzdialenosti vodičov.

úseknapätie
elektráreň → zvyšovací transformátorz generátora hore na vysoké napätie
prenosová sústava (diaľkové vedenia)400 kV a 220 kV
distribúcia (rozvodne, okolie miest a obcí)110 kV a 22 kV
trafostanica na sídlisku či v obciz 22 kV na 400/230 V
zásuvka230 V, 50 Hz

Transformátor v nabíjačke

Staré nabíjačky boli ťažké: mali transformátor na 50 Hz s veľkým železným jadrom a za ním usmerňovač. Moderná nabíjačka je spínaný zdroj: sieťové napätie usmerní, „rozseká“ ho na striedavé s vysokou frekvenciou (desiatky kHz a viac) a až to transformuje. Pri vysokej frekvencii stačí oveľa menší transformátor — preto je nabíjačka ľahká. Transformátor zároveň oddeľuje výstup (5 V, ktorého sa dotýkaš) od siete.

🧪 Pokus: transformátory okolo teba (doma a vonku, len pozorovanie; v škole meranie s učiteľom)

  1. Štítok nabíjačky: nájdi vstup (napr. „Input 100–240 V ~ 50/60 Hz“) a výstup (napr. „Output 5 V ⎓ 2 A“). Vlnovka ~ = striedavé, symbol ⎓ = jednosmerné. Vypočítaj výstupný výkon P=UIP = UI. Ak máš starý ťažký adaptér, porovnaj ho s modernou nabíjačkou.
  2. Trafostanica: z chodníka sa započúvaj do trafostanice alebo starého adaptéra so železným jadrom.
  3. V škole: rozoberateľný transformátor zo školskej súpravy na školskom zdroji do 12 V~. Cievky vymieňaj len pri vypnutom zdroji. Sekundárna cievka smie mať najviac toľko závitov ako primárna (transformátor len znižuje) — napríklad s cievkou 12 000 závitov by aj z 12 V vzniklo životu nebezpečné napätie. Multimetrom (V~) zmeraj U2U_2. Najprv vypočítaj U2=U1N2N1U_2 = U_1\dfrac{N_2}{N_1}.

Bezpečnosť: nabíjačku neotváraj, do trafostanice nikdy nevstupuj, transformátor nikdy nezapájaj priamo do zásuvky.

Čo zistíš

Výstup 5 V a 2 A je výkon 10 W. Nabíjačka berie striedavé napätie a dáva jednosmerné — okrem transformátora má aj usmerňovač. Transformátor so železným jadrom bzučí: jadro sa v rytme striedavého magnetického poľa nepatrne mení, dvakrát za periódu, teda so základnou frekvenciou 100 Hz. V škole vyjde namerané U2U_2 blízko vypočítaného, zvyčajne o trochu menej — skutočný transformátor má straty.

Spoj, čo k sebe patrí — úseky siete a transformátor:

Chyť správny výsledok:

Zapamätaj si

🧠 Kvíz — over si, či to sedí

8 otázok, po každej hneď vysvetlenie. Otázky sa premiešajú; tie, ktoré pokazíš, sa ti budú vracať v Opakovaní.