Működése során a transzformátor primer oldalán a váltakozó áram a nyitott vagy zárt vasmagban váltakozó mágneses fluxust kelt, ami a szekunder áramkörben feszültséget indukál. A szekunder oldalra villamos terhelést kapcsolva megindul a szekunder áram, és ezzel valósul meg az energiaátvitel. A működés alapfeltétele a primer oldali váltakozóáramú táplálás, mivel csak a változó mágneses fluxus képes a szekunder oldalon feszültséget kelteni.

A működési alapelvekből adódik az is, hogy a két áramkörben a frekvencia azonos, míg a primer és szekunder oldali feszültségek aránya igen jó közelítéssel a megfelelő oldali tekercsek menetszámainak arányával egyezik meg. A transzformátorok hatásfoka a gyakorlatban is közel 100%, így a primer és szekunder oldali teljesítmények szinte megegyeznek. Ebből adódik, hogy a primer és szekunder oldali áramok aránya nagyon jó közelítéssel a menetszámáttétel reciprokával arányos.

A transzformátort leggyakrabban a nagy teljesítményű (erőátviteli) villamos hálózatokban használják a feszültségszint megváltoztatására. Ennek jelentősége abban áll, hogy azonos teljesítményt magasabb feszültségű átviteléhez kisebb áramra van szükség, így az átviteli hálózat ohmos veszteségei jelentősen csökkenthetők, és így lehetővé válik a villamos energia nagy távolságokra történő gazdaságos továbbítása. További fontos alkalmazás két áramkör galvanikus leválasztása, illetve az impedancia megváltoztatása.

Michael Faraday 1831-ben határozta meg az elektromágneses indukció törvényeit.
Az első energia-átvitelre alkalmas transzformátort Bláthy Ottó, Zipernowsky Károly és Déri Miksa szabadalmaztatta 1885-ben. A ZBD jelű transzfomátorok a Ganz gyárban készültek Budapesten. Két tekercs helyezkedik el egy közös vasmagon. A bemenő oldalit primer; a kimenő oldalit szekunder tekercsnek nevezik.

A transzformátort burkolat védi, amely elszigeteli a környezettől; viszont rontja annak hőelvezetését. A tekercsek közötti szigetelés fontos szerepe, hogy megakadályozza a menetek zárlatát.

A kölcsönös indukció elvén alapul. Ideális esetben a primer és a szekunder tekercsek között a csatolás tökéletes, azaz mindkét tekercs ugyanazt a mágneses fluxust (Φ) veszi körül. Ekkor a Faraday-féle indukciós törvény alapján (Maxwell II. egyenlete) az N₂ menetű szekunder tekercsbe indukált feszültség:

A primer tekercs is ugyanezt a fluxust veszi körül, azaz

A második egyenletet az elsővel elosztva kapjuk azt, hogy a két feszültség hányadosa mindenkor a két menetszám hányadosával egyezik meg, azaz

Az ideális transzformátor áramáttételét Maxwell I. egyenlete alapján határozhatjuk meg. Ez kimondja, hogy bármely zárt térbeli hurokra a mágneses térerősség vonalmenti integrálja megegyezik a zárt hurok által meghatározott felületen átfolyó áramok összegével. (Feltételeztük, hogy az úgynevezett eltolási áramok elhanyagolhatóak.) Ideális csatoláshoz közel végtelen permeabilitású vasra van szükség, így feltételezhetjük, hogy a mágneses térerősség a vason belül közel zérus. Ezzel egy tetszőleges, mindenhol a vasban futó zárt hurokra felírt egyenlet a következő alakra egyszerűsödik:

N₁ * I₁ + N₂ * I₂ = 0

Ebből pedig:

A primer és szekunder oldali teljesítmények megegyeznek, de ellentétes előjelűek. Az ideális transzformátor tehát veszteségmentes átalakító.

forrás: wikipedia

Külső mező hatására történő töltésszétválasztást elektromos megosztásnak nevezzük. A megosztott töltések a fém felületén helyezkednek el. Az erővonalak a fém felületére merőlegesen futnak be ill. indulnak ki. Így a felület pontjainak potenciája azonos, így a fémek felülete elektrosztatikus állapotban ekvipotenciális. Azaz a fémet egyetlen potenciálértékkel jellemezhetjük. Vezetők elektrosztatikus térben Külső mező hatására történő töltésszétválasztást elektromos megosztásnak nevezzük. A megosztott töltések a fém felületén helyezkednek el. Az erővonalak a fém felületére merőlegesen futnak be ill. indulnak ki. Így a felület pontjainak potenciája azonos, így a fémek felülete elektrosztatikus állapotban ekvipotenciális. Azaz a fémet egyetlen potenciálértékkel jellemezhetjük.

Az atomok ionjai elektromos és mágneses mezővel kölcsönhatásba lépnek. E mezőkön áthaladva eltérülnek az eredeti mozgásirányuktól. Az eltérülés mértékéből kiszámíthatjuk az ion tömegét. Az ion így mért tömegéből levonva az elektronok tömegét, megkapjuk az atommag tömegét. A q töltésű m tömegű ion U gyorsító feszültségen áthaladva v sebességre tesz szert: qU=mv2/2. A v sebességű ionokat homogén mágneses mezőbe vezetik, az indukcióvonalakra merőleges síkban. Ekkor az ionok a Lorentz-erő hatására R sugarú körpályán állnak.

Környezetétől elszigetelt rendszerben az elektromos töltés mennyisége megmarad.

Atommagok energiafelszabadulással járó egyesülése. Könnyű atommagok igen nagy hőmérsékleten nehezebb magokká egyesülhetnek. Az egyesüléskor keletkezett mag tömege kisebb az egyesülő magok tömegének összegénél. Az így fellépő tömegkülönbségnek megfelelő energia a keletkező új részek mozgási energiájává alakul át. Az elemek atomjai több millió fokos hőmérsékleten sokszorosan ionizált atommagokká és elektronokká bomlanak szét (plazmaállapot). A nagy hőmérséklet következtében a plazmát alkotó atommagok között az ütközések igen gyakoriakká válnak, s a magok sebessége is megnövekszik. Ez lehetővé teszi, hogy egyes magok a közöttük ható elektromos taszító erőt legyőzve elég nagy valószínűséggel egyesüljenek. A magfúzió sebessége adott hőmérséklet és nyomás mellett az egyesülő magok anyagi minőségétől függ.

2H, a deuteron egy protonból és egy neutronból összeállt atommag. A 2He, azaz két proton már nem marad egyedül. A protonok között fellépő elektromos taszítás és a szűk tartományra bezárt protonok mozgása fölött nem képes úrrá lenni a két proton nukleáris kölcsönhatása. 2He atommag nem létezik. A 3H, 3He, 4He atommagok léteznek. Egy-egy nukleon mind több másik nukleon erős vonzását érzi: rohamosan mélyül az egy nukleonra jutó kölcsönhatási energia. Mégis, a 2 protont és 3 neutront tartalmazó 5He izotóp, vagy a 3 protont és 2 neutront tartalmazó 5Li izotóp nem létezik a természetben.

A térerősség mindenütt azonos irányú és nagyságú.

Az elektromos mezőt szemléltető görbék, melyek érintői minden egyes pontban a térerőség vektor irányába mutatnak.

Tulajdonságai:

• a pozitív töltésekből indulnak és a negatív töltésekbe végződnek
• az erővonalak nem metszhetik egymást
• az erővonal sűrűségével jellemezhetjük a mező erőségét

A testek elektromos állapotát az elektromos töltés okozza. A vonzás- taszítás jelenségét, mint hatást tapasztaljuk, de ez a hatás a testeket nem változtatja meg. Két féle elektromos állapotot ismerünk: a pozitív töltést (bőrrel dörzsölünk üvegrúdat), és a negatív töltést a (bőrrel dörzsölt üvegrúd). Ezek az elnevezések Benjmin Franklin-től származnak. Az egynemű töltések taszítják, a különneműek vonzzák egymást. A kétféle töltést az atomban található proton, elektron okozza. A semleges testekben a töltés egyenlő mértékben van jelen.

A testek egymásra gyakorolt vonzó vagy taszító hatását erőnek nevezzük. A testek kölcsönhatásban vannak egymással, ha az egyik test hat a másikra, akkor a másik is hat az egyikre.

Az erőnek kétféle hatása van. Az egyik az alakváltoztató vagy deformáló hatás, a másik a mozgásállapotot változtató hatás. Mindkettőre több példát is lehet mondani:
1. A deformáló hatásra:
A rúgót megnyújtja a ráakasztott súly. Ha belerúgnak a gumilabdába, az benyomódik. Az agyag, a gyurma, a viasz stb. deformálódik, ha benyomják.
2. A mozgásállapotot változtató hatásra:
A rúgás vagy erőlökés hatására az addig nyugalomban lévő labda sebességre tesz szert. A mágnes előtt elgurított vasgolyó sebességének iránya megváltozik. Az erő vektormennyiség, tehát jellemzi őt a nagysága és az iránya is. További jellemző a támadáspont, a test azon pontja, ahol az erő hat; és a hatásvonal, ami egy képzeletbeli egyenes, melynek iránya megegyezik az erő irányával, s keresztülmegy az erő támadáspontján.

Az erőknek több fajtája van:

• mágneses erő : a mágnes vonzza a vasat
• elektromos erő: a megdörzsölt műanyagvonalzók taszítják egymást
• rugalmas erő: a megnyújtott rúgó húzza a kezünket
• gravitációs erő: a Föld a környezetében lévő testeket vonzza (A gravitációs erő hatására mozognak a szabadon eső testek g gyorsulással.)
• súly, súlyerő: az alátámasztott test nyomja az alátámasztást, vagy a felfüggesztett test feszíti a felfüggesztő fonalat Fontos, hogy az erők hatását ellensúlyozni lehet másik erővel, mágneses erőt rugalmassal, rugalmas erőt gravitációssal és viszont.

Az erő jele F, mértékegysége Newton, a nagy fizikus tiszteletére, ennek rövidítése N.

II. Erők összegzése

Általánosan:
Vektorokat úgy összegzünk, hogy egymás után felmérjük őket, és az első kezdőpontjából az utolsó végpontjába mutató vektor lesz az összegvektor.

Azonos hatásvonalú erők esetén:
Két ellentétes irányú erő helyettesíthető egy (eredő) erővel, melynek nagysága a két erő nagyságának különbsége, iránya a nagyobbik erő irányába mutat.

Két azonos irányú erő eredő erejének nagysága az erők nagyságának összege, iránya megegyezik az erők irányával.

Szöget bezáró erők összegzése:
Paralelogramma módszer (azonos támadáspontú erők esetén): Az első végpontjából (B) a második erővel párhuzamost húzunk, majd a második erő végpontjából (C) az első erővel húzunk párhuzamost, és a közös támadáspontból (A) a párhuzamosak metszéspontjába (D) mutató vektor lesz az eredő erő. (Fontos: az eredő erő nagyságát csak arányos szerkesztéssel lehet meghatározni.)

Egyensúly feltétele:
Egy test egyensúlyban van, ha a rá ható erők eredője nulla, azaz ha az erők kiegyenlítik egymást.