Трансформатор. Передача электроэнергии - Производство, передача и использование электрической энергии - Колебания и волны

Цели: показать способы передачи электроэнергии; познакомить с устройством трансформатора.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Вопросы для повторения

- Что такое автоколебания?

- Опишите принцип действия лампового генератора.

- Начертите схему генератора на транзисторе.

- Перечислите основные элементы автоколебаний системы.

- Какие детали лампового генератора им соответствуют?

III. Изучение нового материала

ЭДС мощных генераторов электростанций довольно велика. Между тем на практике чаще всего нужно не слишком высокое напряжение. Преобразование переменного тока, при котором напряжение увеличивается или уменьшается в несколько раз, практически без потерь мощности осуществляется с помощью трансформаторов.

Трансформатор состоит из замкнутого стального сердечника, собранного из пластин, на который надеты две (иногда и более) катушки с проволочными обмотками. Одна называется первичной (подключается к источнику переменного напряжения). Вторую обмотку, к которой присоединяют «нагрузку» (приборы), называют вторичной.

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции.

При прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике появляется переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукции к каждой обмотке.

- амплитуда ЭДС в одном витке.

Полная ЭДС в первичной обмотке – N · l.

Во вторичной - N₂ · l₂.

К - коэффициент трансформации.

Если К > 1, трансформатор - понижающий.

Если К < 1, трансформатор - повышающий.

Если вторая обмотка замкнута на нагрузку, в ней появляется пе ременный ток. Мощность в первичной обмотке будет приблизительно равна мощности во вторичной.

Повышая с помощью трансформатора напряжение в несколько раз, мы во столько же раз уменьшаем силу тока, и наоборот.

Существующие в трансформаторе незначительные потери энергии (2-3 %) обусловлены перемагничиванием сердечника, выделением теплоты в обмотках и сердечнике.

IV. Закрепление материала

- Что называют трансформатором?

- На каком явлении основан принцип действия трансформатора?

- Опишите устройство трансформатора.

- Что называют коэффициентом трансформации?

V. Проведение самостоятельной работы

I вариант

1. В колебательный контур включен конденсатор емкостью 200 кФ. Какую индуктивность нужно включить в контур, чтобы получить в нем электрические колебания частотой 400 кГц? (Ответ: 0,8 Гн.)

2. К зажимам генератора присоединен конденсатор емкостью 0,1 мкФ. Определить амплитуду колебаний напряжения на зажимах конденсатора, если сила тока равна 1,6 А, период колебаний равен 0,2 мс. (Ответ: 700 В.)

3. В колебательном контуре индуктивность катушки равна 0,2 Гн, а амплитуда колебаний силы тока равна 40 мА. Найти энергию электрического поля конденсатора и магнитного поля катушки в тот момент, когда мгновенное значение силы тока в 2 раза меньше амплитудного значения. (Ответ: 120 мкДж; 40 МкДж.)

Дополнительная задача

Трансформатор с коэффициентом трансформации равным 10, понижает напряжение с 10 кВ до 800 В. При этом во вторичной обмотке идет ток силой 2 А. Определите сопротивление вторичной обмотки. (Потерями энергии пренебречь.) (Ответ: 100 Ом.)

II вариант

1. Сила тока изменяется по закону Определите амплитуду колебаний силы тока, действующее значение силы тока, циклическую и линейную частоту колебаний, период, фазу и начальную фазу колебаний. (Ответ: 3 А; 2,13 А; 100π; 50 Гц; 0,02 с; .)

2. Конденсатор включен в цепь переменного тока с частотой 50 Гц. Напряжение в сети равно 220 В. Сила тока в цепи равна 2,5 А. Какова емкость конденсатора? (Ответ: 36 мкФ.)

3. Найдите отношение энергии магнитного поля к энергии электрического поля для момента времени T/8, считая, что процессы происходят в идеальном колебательном контуре. (Ответ: 1:1.)

Дополнительная задач.

Сила тока в первичной обмотке трансформатора равна 0,5 А, напряжение на ее концах равно 220 В. Какова сила тока во вторичной обмотке трансформатора, если напряжение во вторичной равно 12 В, а КПД трансформатора равно 87%? (Ответ: 8 А.)

Оценки:

«3» - за одну задачу;

«4» - за две задачи;

«5» - за три задачи.

VI. Подведение итогов работы

Домашнее задание

п. 38.