Il trasformatore è un apparato elettrico passivo in grado di “trasformare” i valori di tensione e corrente alternata in ingresso in determinati valori di tensione e di corrente alternata in uscita.
Poiché è un apparto passivo la potenza in ingresso e quella in uscita sono uguali nel trasformatore ideale, in quello reale vi è invece una piccola parte di energia elettrica che viene dispersa trasformandosi in calore.
Il trasformatore è comunque costituito da un avvolgimento (una bobina) di ingresso, detto avvolgimento primario, e da un avvolgimento di uscita, detto secondario, realizzati in vario modo ma sempre tali da concatenare lo stesso flusso di induzione magnetica.
Il principio di funzionamento è abbastanza semplice, se si applica una tensione variabile all’avvolgimento primario, ad esempio sinusoidale, questa fa scorrere una corrente nell’avvolgimento primario che genera un flusso magnetico nel nucleo con andamento sinusoidale per effetto effetto dell'induzione magnetica. Poiché i due avvolgimenti condividono lo stesso campo magnetico, per la legge di Faraday-Neumann-Lenz http://it.wikipedia.org/wiki/Legge_di_Faraday-Neumann-Lenz questo flusso variabile induce nel secondario una tensione e un a corrente sinusoidale.
Infatti sul primario:
Vp = - 𝜕Ф/𝜕t = – Lp 𝜕Ip/𝜕t http://it.wikipedia.org/wiki/Induttanza
Sul secondario analogamente:
Vs = - 𝜕Ф/𝜕t = – Ls 𝜕Is/𝜕t
Poiché il flusso concatenato è lo stesso:
Vs/Vp = Ls/Lp Is’(t)/Ip’(t)
Fatti i debiti calcoli per tensioni sinusoidali si trova che il rapporto tra la tensione prodotta nel secondario e quella presente sul primario è proporzionale al rapporto tra il numero di spire del secondario e quelle del primario secondo la relazione:
Vs/Vp = Ns/Np
Nel trasformatore ideale la potenza di ingresso e quella di uscita coincidono quindi:
Vs Is = Vp Ip => Vs/Vp = Ip /Is
Sostituendo si ha
Is/Ip = Np/Ns
ossia il rapporto tra la corrente prodotta nel secondario e quella presente sul primario è proporzionale al rapporto tra il numero di spire del primario e quelle del secondario.
La sua costruzione è semplice, si tratta di avvolgere due spire in attorno a un materiale ferromagnetico, detto nucleo magnetico, chiuso ad anello per limitare le dispersioni del campo magnetico.
Il numero di spire di ciascun avvolgimento dipendono dalla potenza che deve erogare il trasformatore reale.
Sull’ultima domanda, ossia se funziona se non collegato la risposta è NO se intendi la tensione sul primario (non vi è corrente in ingresso e quindi niente flusso magnetico), SI se parli di quella sul secondario, ossia la tensione di uscita è abbastanza indipendente dal carico anche nel trasformatore reale.
Per approfondimenti vedi: http://it.wikipedia.org/wiki/Trasformatore