|
ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА 1. Почему напряжение необходимо изменять Активное сопротивление провода определяется материалом, из которого он изготовлен, и его размерами: Увеличение площади поперечного сечения приводит к значительному увеличению массы проводов. Можно уменьшать удельное сопротивление, но это полностью не решает проблемы, поскольку передача значительной мощности P = UI при относительно незначительной напряжения требует достаточно высокой силы тока. Если ту же мощность передавать значительного напряжения (соответственно, из-за малой силы тока), то потери энергии значительно уменьшаются. Поэтому прежде чем передавать энергию на большие расстояния, необходимо повышать напряжение. И наоборот: после того как энергия дошла до потребителя, напряжение необходимо снижать. Такие изменения напряжения обеспечивают с помощью трансформаторов. Ø Трансформатор - устройство, применяемое для повышения или понижения напряжения переменного тока. Далее рассмотрим строение трансформатора. 2. Принцип действия трансформатора 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 пронизаны тем самым переменным магнитным потоком, вследствие явления электромагнитной индукции в каждом витке генерируется одна и та же напряжение. Поэтому отношение напряжений U1 и U2 на первичной и вторичной обмотках равно отношению числа витков в них:
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 число 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 числа витков в первичной обмотке, то есть k > 1. 3. Холостой ход трансформатора Работа ненагруженного трансформатора называется холостым ходом. Первичная обмотка трансформатора подключена к источнику переменного тока напряжением щ. При этом в обмотке возникает ЭДС самоиндукции e1. Падение напряжения на первичной обмотке равен: i1r1 = u1 + e1, где r1 - сопротивление обмотки, который мы будем считать очень маленьким. Поэтому в любой момент времени: u1 ≈ -e1, следовательно, для действующих значений можно записать: Для второй обмотки: u2 + е2 = 0 , u2 = -e2, Таким образом, в режиме холостого хода выполняется равенство:
4. Работа трансформатора под нагрузкой Если к вторичной обмотке трансформатора присоединить нагрузку, то в ней возникнет электрический ток, что приводит к уменьшению магнитного потока в сердечнике и, как следствие, уменьшение ЭДС самоиндукции в первичной обмотке. В результате сила тока в первичной обмотке увеличится, и магнитный поток возрастет до первоначального значения. Чем больше сила тока во вторичной обмотке и мощность, которую она отдает потребителю, тем больше сила тока в первичной обмотке и мощность, потребляемая от источника. Поскольку потери энергии в трансформаторе малы, то U1I1 ≈ U2I2, отсюда U1/U2 = I2/I1. Это означает, что в повышательном трансформаторе U1 U2 и I1 > I2, а в понижательном трансформаторе U1 > U2 и I2 > I1. В трансформаторе, как и в любом техническом устройстве, существуют потери энергии. Отношение мощности, которую трансформатор отдает потребителю электрической энергии, к мощности, которую трансформатор потребляет из электрической сети, называют КПД трансформатора:
ВОПРОС К УЧАЩИМСЯ В ХОДЕ ИЗЛОЖЕНИЯ НОВОГО МАТЕРИАЛА Первый уровень 1. Какой принцип положен в основу работа трансформатора? 2. Можно трансформировать постоянный ток? 3. Почему электрическую энергию на большие расстояния передают под высоким напряжением? 4. Почему прежде чем подавать потребителям электрическую напряжение, ее снижают? Второй уровень 1. Почему ненавантажений трансформатор потребляет очень мало энергии? 2. В какой из обмоток понижающего трансформатора (первичной или вторичной) диаметр провода должен быть больше? Ответ объясните.
ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА 1). Качественные вопросы 1. Ток во вторичной обмотке трансформатора зависит от сопротивления подключенных приборов. Меняется ли в связи с этим ток в первичной обмотке и если да, то как это происходит? 2. Обмотки трансформатора сделаны из проводов разной толщины. Какая из обмоток содержит больше витков? Почему? 3. Что произойдет с катушкой трансформатора, если ее распрямить, не отключая от сети? 2). Учимся решать задачи 1. В первичной обмотке 200 витков, а во вторичной - 25 витков. Повышающая или понижающая напряжение у этого трансформатора? Во сколько раз? 2. Трансформатор повышает напряжение от 10 до 200 В. Сколько витков во вторичной обмотке трансформатора, если первичная обмотка содержит 600 витков? 3. Первичная обмотка трансформатора, содержащая 1500 витков провода, подключена к цепи переменного тока напряжением 220 В. Определите число витков во вторичной обмотке, если она должна питать круг напряжением 6,3 В и силой тока 1,5 А. Сопротивление вторичной обмотки 0,2 Ом. Сопротивлением первичной обмотки пренебречь. 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:
• Отношение мощности, которую трансформатор отдает потребителю электрической энергии, к мощности, которую трансформатор потребляет из электрической сети, называют КПД трансформатора.
Домашнее задание 1. Подр-1: § 32; подр-2: § 14 (п. 3). 2. Сб.: Рів1 № 9.8; 9.10; 9.22; 9.23. Рів2 № 9.28; 9.29; 9.52; 9.53. Рів3 № 9.62, 9.63; 9.64; 9.67. 3. Д: подготовиться к самостоятельной работе № 7. ЗАДАНИЯ ИЗ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ № 7 «ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК. ТРАНСФОРМАТОР» Задание 1 (1,5 балла) Трансформатор повышает напряжение от 120 В до 36 кВ. А Трансформатор может повышать постоянное напряжение. Бы Если выходное напряжение меньше входного, трансформатор называют повышающим. В ЭДС во вторичной обмотке возникает вследствие явления электромагнитной индукции. Г Количество витков во вторичной обмотке меньше, чем в первичной. Задание 2 (2,5 балла) На рисунке показан график i(t) для переменного тока.
А Период тока равна 3 мкс. Бы Максимальное значение силы тока 10 А. В Действующее значение силы тока менее 6 А. Г Сила тока в цепи изменяется по закону и = 15sinωt. Задача 3 имеет целью установить соответствие (логическая пара). К каждой строке, обозначенного буквой, подберите утверждение, обозначенное цифрой. А Трансформатор. Бы Коэффициент трансформации. В Режим холостого хода. Г Режим под нагрузкой. 1 Величина, равная отношению напряжений в первичной и вторичной обмотках трансформатора. 2 Устройство, применяемое для повышения или понижения напряжения переменного тока. 3 Устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую. 4 Работа по замкнутой вторичной обмотки. 5 Работа по разомкнутой вторичной обмотки. Первичная обмотка трансформатора содержит 100 витков, а вторичная - 1000. Напряжение в первичном круге 120 В. Напряжение во вторичной цепи, если потери энергии отсутствуют?
|
|
Для уменьшения сопротивления проводов надо или уменьшать удельное сопротивление материала, или увеличивать площадь поперечного сечения провода.
