|
ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА 1. Основные этапы производства, передачи и потребления электроэнергии 1) Механическую энергию преобразуют в электрическую с помощью генераторов на электростанциях; 2) электрическое напряжение повышают для передачи электроэнергии на большие расстояния; 3) электроэнергию передают под высоким напряжением по высоковольтным линиям электропередач; 4) во время распределения электроэнергии потребителям электрическую напряжение снижают; 5) во время потребления электроэнергии ее превращают в другие виды энергии - механическую, световую или внутреннюю. 2. Производство электроэнергии Электроэнергию вырабатывают в основном на электростанциях трех типов: 1) тепловых электростанциях (более 50 %); 2) гидроэлектростанциях (20-25 %); 3) атомных электростанциях (15 %). Ø На электростанциях механическую энергию преобразуют в электрическую с помощью индукционных генераторов, в которых используют явление электромагнитной индукции. Механической энергией на гидроэлектростанциях является кинетическая энергия воды, что падает. Механическую энергию получают из внутренней энергии с помощью тепловых двигателей (обычно паровых турбин). На тепловых электростанциях внутренняя энергия выделяется при сжигании нефти, угля или газа, а на атомных - в результате деления атомных ядер радиоактивных веществ (преимущественно урана). На электростанциях электрическая энергия вырабатывается под напряжением в десятки тысяч вольт. Затем для уменьшения потерь при передаче на большие расстояния напряжение повышают в десятки раз - до сотен тысяч вольт. Распределяя электроэнергию по потребителям, напряжение ради безопасности снижают в тысячи раз (до 220 В в жилых помещениях). Для повышения и понижения напряжения используют трансформаторы, действие которых основано на явлении электромагнитной индукции. Ø Главная причина потерь во время передачи энергии - это нагрев проводов, то есть превращение электрической энергии во внутреннюю: из-за того что сопротивление проводов не равна нулю, что идет вдоль проводов, энергия электрических и магнитных полей частично «убегает» в провода, вызывая их нагрев. Как уменьшить эти потери? Закон Джоуля-Ленца утверждает, что в проводнике при прохождении тока выделяется количество теплоты Q, прямо пропорциональна квадрату силы тока, сопротивлению проводника R и времени прохождения тока t: Q = I2Rt. Поэтому для того, чтобы уменьшить нагрев проводов данного сопротивления, надо уменьшить силу тока в проводах. Однако для сохранения той же передаваемой мощности уменьшение силы тока в несколько раз должно сопровождаться увеличением напряжения в такое же количество раз, потому что мощность, передаваемая потребителю, равна произведению UI, где U - напряжение, под которой передана электроэнергия. В высоковольтных линиях электропередач напряжение составляет сотни тысяч вольт - в тысячи раз больше, чем в проводах, что размещено внутри квартир (срединно-квартирная проводка обычно имеет напряжение 220 В). Хотя высокое напряжение и имеет описанные выше большие преимущества, но у нее есть и огромный недостаток: она опасна для жизни. Поэтому, прежде чем передать ее потребителю, напряжение в несколько этапов снижают в тысячи раз - до сотен вольт. Однако и после этого понижения напряжения в домашней проводке, что равняется обычно 220 В, все-таки опасно: поражение электрическим током может вызвать даже напряжение в 30 В. Ток внутри тела человека идет преимущественно нервными сетями, нарушая их работу, а также управляемую ими работу сердца и дыхания. Ток силой 0,025 А вызывает непродолжительный паралич (это примерно ток в настольной лампе), а ток силой 0,1 А является смертельным. Электрический ток никогда не получил бы такого широкого применения, если бы его нельзя было превратить почти без потерь энергии. Преобразование переменного тока, при котором напряжение увеличивается или уменьшается в несколько раз практически без потери мощности, осуществляется с помощью трансформаторов. Ø Трансформатор - устройство, применяемое для повышения или понижения напряжения переменного тока. Простейший трансформатор представляет собой две катушки, намотанные на общий стальной сердечник. Одна катушка подключается к источнику переменного напряжения (эта катушка называется первичной обмоткой), а с другой катушки (вторичной обмотки) снимают переменное напряжение для дальнейшей ее передачи. Переменный ток в первичной обмотке создает переменное магнитное поле. Благодаря стальном сердечнике вторичную обмотку, намотанную на тот же сердечник, пронизывает практически такое же переменное магнитное поле, что и первичную. Поскольку все витки пронизывает тот же переменный магнитный поток в каждом витке вследствие явления электромагнитной индукции генерируется и само напряжение. Поэтому отношение напряжений U1 и U2 на первичной и вторичной обмотках равно отношению количества в них витков:
Изменение напряжения трансформатором характеризует коэффициент трансформации. Ø Коэффициент трансформации - величина, равная отношению напряжений в первичной и вторичной обмотках трансформатора:
Повышающий трансформатор - трансформатор, увеличивает напряжение (U2 > U1). У повышающего трансформатора число витков N2 во вторичной обмотке должно быть больше числа витков N1 в первичной обмотке, т.е. k 1. Понижающий трансформатор - трансформатор, уменьшающий напряжение (U2 U1). У понижающего трансформатора число витков во вторичной обмотке должно быть меньше количество витков в первичной обмотке, то есть k > 1. ВОПРОС К УЧАЩИМСЯ В ХОДЕ ИЗЛОЖЕНИЯ НОВОГО МАТЕРИАЛА Первый уровень 1. Какое явление используют во время производства электроэнергии на электростанциях? 2. Почему электрическую энергию на значительные расстояния передают под высоким напряжением? 3. Почему, прежде чем подать потребителям электрическую напряжение, ее снижают? 4. На каком принципе основана работа трансформатора? Второй уровень 1. Какие свойства электрической энергии определяют ее значение в современной технике? 2. Какая энергия превращается в электрическую? 3. Можно трансформировать постоянный ток?
ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА 1). Качественные вопросы 1. В какой из обмоток понижающего трансформатора (первичной или вторичной) диаметр проводов должен быть больше? Ответ объясните. 2. Для чего сердечник трансформатора набирают из тонких стальных пластин, изолированных друг от друга? 2). Учимся решать задачи 1. В первичной обмотке 200 витков, а во вторичной - 25 витков. Повышает или понижает напряжение этот трансформатор? Во сколько раз? 2. Трансформатор повышает напряжение от 10 В до 200 В. Сколько витков во вторичной обмотке трансформатора, если первичная обмотка содержит 600 витков? ЧТО МЫ УЗНАЛИ НА УРОКЕ · Трансформатор - устройство, применяемое для повышения или понижения напряжения переменного тока. · Коэффициент трансформации - величина, равная отношению напряжений в первичной и вторичной обмотках трансформатора:
Домашнее задание 1. Подр.: § 18. 2. 3б.: Рів1 № 9.9; 9.10; 9.22; 9.23. Рів2 № 9.50; 9.51; 9.52, 9.53. Рів3 № 9.62, 9.63. 3. Д: решить дома самостоятельную работу № 7.
|
|
