Версия 14:53, 21 декабря 2009

Гіпермаркет Знань>>Фізика і астрономія>>Фізика 11 клас>> Фізика: Трансформатор. Передача електроенергії на відстань та її використання

ТРАНСФОРМАТОР. РОЗВ’ЯЗУВАННЯ ЗАДАЧ. ПЕРЕДАЧА ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ НА ВІДСТАНЬ ТА ЇЇ ВИКОРИСТАННЯ

ТРАНСФОРМАТОР

Однією з важливих переваг змінного струму над постійним є те, що силу струму і напругу змінного струму можна в найширших межах перетворювати (трансформувати) без істотних втрат потужності. Для зменшення витрат електричної енергії в лініях електропередач силу струму в них зменшують, а напругу збільшують до сотень тисяч і більше вольт, а в місцях споживання електроенергії напругу знижують до необхідних значень (сила струму при цьому відповідно зростає).

Трансформатор (мал.З. 21) в основному складається з двох (або більшої кількості) котушок, намотаних на феромагнітне (наприклад, сталеве) осердя. Одну з цих котушок (обмоток), яка приєднується до лінії від генератора, називають первинною.

Споживачі (електродвигуни, лампи, нагрівники тощо) приєднуються до вторинної обмотки трансформатора.
Осердя багатьох трансформаторів виготовляють із трансформатичної сталі і роблять замкненим, щоб зменшити втрати енергії в ньому. Сталь беруть у вигляді пластин, ізольованих одна від одної, що зменшує втрати енергії в разі виникнення вихрових струмів.

Змінний струм, що проходить у колі первинної обмотки l з кількістю витків N₁, створює в осерді змінне магнітне поле. Це поле є спільним для обох обмоток трансформатора. У вторинній обмотці трансформатора 2 з кількістю витків N₂ індукується електрорушійна сила.

Оскільки обмотки трансформатора мають спільне змінне магнітне поле, то в кожному їх витку виникає однакова електрорушійна
За допомогою трансформаторів можна в широких межах змінювати сили струму і напруги змінних струмів без істотних втрат потужності сила. Електрорушійна сила в обмотках пропорційна кількості витків у них:

Якщо коло вторинної обмотки розімкнене, то таке явище називають холостим ходом трансформатора. У цьому разі напруга U₂ дорівнює електрорушійній силі . У первинній обмотці при цьому проходить струм невеликої сили — струм холостого ходу.

Отже, під час холостого ходу напруги на обмотках трансформатора можна вважати пропорційними кількостям витків у них:

де k — коефіцієнт трансформації.

Якщо k < 1, то U₂ > U₁ і трансформатор є підвищувальним; якщо k > 1, напруга U₂ менша від U₁ і трансформатор є знижувальним.

Коли до вторинної обмотки приєднують споживачі, вторинне коло замикається — це так званий робочий хід трансформатора. Струм І₂ вторинної обмотки є індукційним, тому його магнітне поле відповідно до закону Ленца послаблює магнітне поле, яке його викликало. Отже, магнітний потік в осерді зменшується, а відповідно зменшується і . Сила струму I₁ зростає до значення, коли магнітний потік в осерді стане таким, як і був раніше.

Коли активні опори обмоток трансформатора незначні, можна вважати, що  і .

Сучасні трансформатори мають коефіцієнти корисної дії від 90 до 99,5%, тобто втрати енергії в них незначні. Тому наближено

При розімкненому колі вторинної обмотки трансформатора явище називають його холостим ходом

Коефіцієнт трансформації при холостому ході визначається відношенням кількостей витків в обмотках трансформатора

звідки

Коли активні опори обмоток трансформатора незначні, то можна вважати, що

Один і той самий трансформатор, якщо в ньому є кілька обмоток, може бути як підвищувальним, так і знижувальним, або якщо за наявності лише двох обмоток поміняти їх місцями.

 ЗАДАЧІ ДЛЯ САМОСТІЙНОГО РОЗВ'ЯЗУВАННЯ 13
1. На фото подано осцилограму вільних коливань у коливальному контурі (С = 0,25 мкФ).

1) Дослідіть, чи залежить період вільних коливань від їх амплітуди.
2) Визначте період, частоту і циклічну частоту коливань, якщо вони відбуваються протягом 0,01 с.
3) Визначте індуктивність котушки контура.
2. Коливальний контур складається з конденсатора ємністю 10 пФ і котушки індуктивністю 3 мГн. Знайдіть частоту електромагнітних коливань у контурі.
3. В коливальному контурі максимальний електричний заряд конденсатора 10~6 Кл, а максимальна сила струму — 0,03 А. Який період електромагнітних коливань у контурі?
4. Конденсатор ємністю 50 пФ спочатку з'єднали з джерелом постійного струму з електрорушійною силою З В, а потім з котушкою індуктивністю 5 мкГн. Яка частота коливань, що відбуваються в контурі? Яка максимальна сила струму в контурі?                  
5. Електричний заряд на пластинах конденсатора коливального контура змінюється з часом згідно з рівнянням q = 10^-6cos10⁵пt. Запишіть рівняння залежності сили струму від часу. Знайдіть  період і частоту коливань у контурі, амплітуду коливань заряду і сили струму.
6. Конденсатор ємністю 20 мкФ зарядили до напруги 400 В і приєднали до котушки з певною індуктивністю. В контурі виникли затухаючі коливання. Яка кількість теплоти виділиться в контурі за час, коли амплітуда коливань напруги зменшиться у 4 рази?
7. Маємо послідовно з'єднані резистор з опором 3,9 кОм і конденсатор ємністю 0,25 мкФ. До такої ділянки кола прикладено напругу промислової частоти (50 Гц). Визначте: 1) ємнісний опір ділянки кола; 2) повний опір ділянки кола; 3) коефіцієнт потужності; 4) зсув фаз сили струму і напруги на ділянці кола; 5) котушку якої індуктивності треба з'єднати послідовно з резистором і конденсатором, щоб спостерігався резонанс?
8. У коло змінного струму увімкнемо конденсатор ємністю 1 мкФ і — дросель (котушку) індуктивністю 0,1 Гн.  Знайдіть відношення індуктивного опору до ємнісного за частоти 50 Гц і 5 кГц. За якої частоти струму ці опори будуть однаковими?"?^ явище при цьому спостерігається?
9. Первинна обмотка силового трансформатора радіоприймача має 2200 витків. Скільки витків повинна мати вторинна обмотка, що використовується для живлення споживача за напруги 5 В і сили струму 2 А? Опір вторинної обмотки 0,1 Ом. Напруга в мережі 220 В. Яка сила струму у первинній обмотці трансформатора?
10. На замкнуте залізне осердя надіто дві обмотки. Як визначити число витків у кожній з обмоток, якщо в розпорядженні є джерело змінного струму, провідники довільної довжини і вольтметри на будь-які значення напруг?

ЯК ДОЦІЛЬНО ПЕРЕДАВАТИ ЕЛЕКТРИЧНУ ЕНЕРГІЮ НА ВІДСТАНЬ?

У багатьох випадках розв'язування фізичних задач може бути джерелом нових теоретичних чи практичних висновків. Іноді навіть кажуть що розвиток фізичної науки є послідовним розв'язуванням задач, що постають. Розглянемо одну з таких задач, яка є у будь-якому серйозному збірнику задач з фізики.

Задача. Електроенергію від електростанції потужністю 62 кВт передають за допомогою лінії з опором 5 Ом. Визначити втрату напруги і потужності в лінійних проводах та коефіцієнт корисної дії передачі енергії у разі, коли передача здійснюється за напруги на електростанції: 1)  620 В; 2)  6200 В.

Порівняння одержаних результатів дає змогу дійти таких висновків:
1) підвищення напруги в лінії у 10 разів у стільки ж разів зменшує втрати напруги;
2) підвищення напруги в лінії у 10 разів зменшує втрати потужності (й енергії) у 100 разів. Напрошуються два висновки чи два завдання:
1) передавати електричну енергію за якомога вищих напруг;
2) створити пристрої, які б давали змогу за потреби підвищувати напругу (у разі подачі енергії від генераторів до лінії передачі) і знижувати її (у разі подачі від лінії передачі до споживачів).
Такі пристрої були створені, їх назвали трансформаторами.

ЗАПИТАННЯ
1. Які функції електричного трансформатора?
2. З яких основних частин складається трансформатор?
3. З яких речовин виготовляються осердя трансформаторів?
4. Які обмотки трансформаторів вважають первинними і які вторинними?
5. Що таке коефіцієнт трансформації?
6. Що таке холостий і робочий хід трансформатора?
7. Який коефіцієнт корисної дії мають сучасні трансформатори?
8. Як змінюються втрати напруги в лінії електропередачі в разі підвищення напруги в ній?
9. Як змінюються втрати потужності в лінії електропередачі в разі підвищення напруги в ній?
10. Що таке коефіцієнт корисної дії лінії електропередачі?
11. Для чого потрібні трансформатори?

Є.В. Коршак, О.І. Ляшенко, В.Ф. Савченко, Фізика, 11 клас
Вислано читачами з інтернет-сайтів  

_{Скачати підручники та книги онлайн, планування з фізики, курси та завдання з фізики для 11 класу}

Зміст уроку
 конспект уроку і опорний каркас                      
 презентація уроку 
 акселеративні методи та інтерактивні технології
 закриті вправи (тільки для використання вчителями)
 оцінювання 

Практика
 задачі та вправи,самоперевірка 
 практикуми, лабораторні, кейси
 рівень складності задач: звичайний, високий, олімпійський
 домашнє завдання 

Ілюстрації
 ілюстрації: відеокліпи, аудіо, фотографії, графіки, таблиці, комікси, мультимедіа
 реферати
 фішки для допитливих
 шпаргалки
 гумор, притчі, приколи, приказки, кросворди, цитати

Доповнення
 зовнішнє незалежне тестування (ЗНТ)
 підручники основні і допоміжні 
 тематичні свята, девізи 
 статті 
 національні особливості
 словник термінів                          
 інше 

Тільки для вчителів
 ідеальні уроки 
 календарний план на рік 
 методичні рекомендації 
 програми
 обговорення

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.