- Задачи средней трудности. В1. Почему трансформатор при подключении к источнику постоянного тока может выйти из строя?
- Что произойдет с катушкой трансформатора если ее распрямить
- Лекция 59. Генерирование электрической энергии. Генераторы переменного тока. Электрические станции. Передача электроэнергии. Трансформаторы. Проблемы современной энергетики и охрана окружающей среды
Задачи средней трудности. В1. Почему трансформатор при подключении к источнику постоянного тока может выйти из строя?
 Рис. 17.11  Рис. 17.12  Рис. 17.13 |
В1. Почему трансформатор при подключении к источнику постоянного тока может выйти из строя?
В2.Для измерения большой силы переменного тока в электрических цепях применяются так называемые трансформаторы тока (рис. 17.11). Разновидностью их являются измерительные клещи (рис. 17.12), которые особенно удобны при измерении тока в линиях электропередач без их разрыва. Клещи состоят из металлического сердечника 1, амперметра 2,диэлектрических рукояток 3. Провод линии 4 через регулируемый зазор 5 помещают во внутреннюю область сердечника 1 и по амперметру определяют силу тока в линии. На каких физических законах основано действие приборов? Почему нельзя амперметр непосредственно включить в цепь, по которой течёт большой ток?
В3. От середины катушки с железным сердечником (обмотка – толстый медный провод с большим числом витков) сделан отвод С (рис. 17.13). Один раз между точками В и С включен источник постоянного напряжения U1. Другой раз к этим точкам приложено переменное напряжение с амплитудой U1.Найдите напряжение U2между точками А и В в первом случае и амплитуду переменного напряжения U2 между точками А и В во втором случае.
В4. Мощность, потребляемая трансформатором, 90 Вт. Определить силу тока во вторичной обмотке, если напряжение на зажимах вторичной обмотки 12 В и КПД трансформатора 75%. Считать cosj2 = 1.
В5. Почему трансформатор может выйти из строя в том случае, если хотя бы один виток обмотки замкнется накоротко?
Задачи трудные
С1.Что произойдёт с катушкой трансформатора, если ее распрямить, не отключая от сети?
С2.Изменится ли соотношение между напряжением на зажимах первичной и вторичной обмоток трансформатора, если железный сердечник заменить медным? Алюминиевым?
С3. Чтобы узнать, сколько витков содержат первичная и вторичная обмотки трансформатора, не вскрывая катушек, поверх вторичной обмотки намотали 60 витков провода. После включения первичной обмотки в сеть с напряжением 124 В при помощи вольтметра обнаружили, что на концах обмотки с 60 витками имеется напряжение 16,0 B, а на концах вторичной обмотки – напряжение 40,0 B. Сколько витков содержится в первичной обмотке и сколько во вторичной?
 Рис. 17.14 |
С4.На железный сердечник, форма которого показана на рис. 17.14, намотаны две катушки. Магнитный поток, создаваемый каждой катушкой, не выходит из железного сердечника и делится поровну между разветвлениями. При включении катушки 1 в цепь переменного тока с напряжением 40 В напряжение на катушке 2 равно V. Какое напряжение будет на зажимах катушки 1, если катушку 2 включить в цепь переменного тока с напряжением V?
С5. Разборный школьный трансформатор включен в сеть. К вторичной обмотке подключена нагрузка. Как изменится ток в первичной и вторичной катушках при удалении верхней части сердечника?
С6.Первичная обмотка трансформатора находится под напряжением U1= 220 В, сила тока в ней I1= 0,55 А. Вторичная обмотка питает лампу накаливания. Напряжение на зажимах лампы U2 = 12 В, а сила тока I2 = = 3,6 А. Коэффициент полезного действия трансформатора равен h = 0,65. Найдите сдвиг фаз j1между колебаниями силы тока и напряжения в первичной обмотке трансформатора.
С7.Первичная обмотка понижающего трансформатора с коэффициентом трансформации K = 10 включена в сеть переменного тока с напряжением U1 = 220 В. Сопротивление вторичной обмотки r = 1,2 Ом. Сила тока во вторичной цепи I2= 5,0 A. Определите сопротивление R нагрузки трансформатора и напряжение U2на зажимах вторичной обмотки. Потерями в первичной цепи пренебречь.
Источник
Что произойдет с катушкой трансформатора если ее распрямить
ЭЛЕКТРОДИНАМИКА
4. Электромагнитные колебания и волны
Тема. Трансформатор
Цель урока: выяснить назначение и принцип действия трансформатора.
Тип урока: урок изучения нового материала.
1. Условия возникновения резонанса в электрической цепи.
2. Использование резонанса .
Устройство и работа трансформатора .
Изучение нового материала
1. Почему напряжение необходимо изменять.
2. Принцип действия трансформатора.
3. Холостой ход трансформатора.
4. Работа трансформатора под нагрузкой .
Закрепление изученного материала
ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА
1. Почему напряжение необходимо изменять
Активное сопротивление провода определяется материалом, из которого он изготовлен, и его размерами: 
Для уменьшения сопротивления проводов надо или уменьшать удельное сопротивление материала, или увеличивать площадь поперечного сечения провода.
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.
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 U 1 и U 2 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 ( U 2 > U 1 ). У повышающего трансформатора число витков N 2 во вторичной обмотке должно быть больше число витков N 1 в первичной обмотке, т.е. k 1.
Понижающий трансформатор — трансформатор, уменьшающий напряжение ( U 2 U 1 ). 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 e 1 . Падение напряжения на первичной обмотке равен: i 1 r 1 = u 1 + e 1 , где r 1 — сопротивление обмотки, который мы будем считать очень маленьким. Поэтому в любой момент времени: u 1 ≈ — e 1 , следовательно, для действующих значений можно записать: 
Для второй обмотки: u 2 + е2 = 0 , u 2 = — e 2 , 
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 U 1 I 1 ≈ U 2 I 2, отсюда U 1/ U 2 = I 2/ I 1.
Это означает, что в повышательном трансформаторе U 1 U 2 и I 1 > I 2 , а в понижательном трансформаторе U 1 > U 2 и I 2 > I 1 .
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
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?
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. 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?
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.
• 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.
1. Подр-1: § 32; подр-2: § 14 (п. 3).
3. Д: подготовиться к самостоятельной работе № 7.
ЗАДАНИЯ ИЗ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ № 7 «ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК. ТРАНСФОРМАТОР»
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.
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 = 1 5 sinωt .
Задача 3 имеет целью установить соответствие (логическая пара). К каждой строке, обозначенного буквой, подберите утверждение, обозначенное цифрой.
Бы Коэффициент трансформации.
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?
Источник
Лекция 59. Генерирование электрической энергии. Генераторы переменного тока. Электрические станции. Передача электроэнергии. Трансформаторы. Проблемы современной энергетики и охрана окружающей среды
Цель занятия: выяснить назначение и принцип действия трансформатора.
Тип занятия: занятие изучения нового материала.
| Контроль знаний | 1. Условия возникновения резонанса в электрической цепи. 2. Использование резонанса. |
| Демонстрации | Устройство и работа трансформатора. |
| Изучение нового материала | 1. Почему напряжение необходимо изменять. 2. Принцип действия трансформатора. 3. Холостой ход трансформатора. 4. Работа трансформатора под нагрузкой. |
ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА
1. Почему напряжение необходимо изменять
Активное сопротивление провода определяется материалом, из которого он изготовлен, и его размерами: 
Для уменьшения сопротивления проводов надо или уменьшать удельное сопротивление материала, или увеличивать площадь поперечного сечения провода.
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:
Решение задач:
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.
Контрольные вопросы:
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?
1. Почему ненагруженный трансформатор потребляет очень мало энергии?
2. В какой из обмоток понижающего трансформатора (первичной или вторичной) диаметр провода должен быть больше? Ответ объясните.
3. 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?
4. Обмотки трансформатора сделаны из проводов разной толщины. Какая из обмоток содержит больше витков? Почему?
5. Что произойдет с катушкой трансформатора, если ее распрямить, не отключая от сети?
Домашнее задание
1. Учебник-1: § 32; Учебник-2: § 14 (п. 3).
Уровень2 № 9.28; 9.29; 9.52; 9.53.
Уровень3 № 9.62, 9.63; 9.64; 9.67.
Список использованной литературы
1. Физика. 11 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни / Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский; под ред. В. И. Николаева, Н. А. Парфентьевой. — 19-е изд. — М.: Просвещение, 2010. — 366 с.: ил.
2. Марон А.Е., Марон Е.А. «Сборник задачорник качественных задач по физике 11 кл, М.: Просвещение,2006
3. Л.А. Кирик, Л.Э.Генденштейн, Ю.И.Дик. Методические материалы для преподавателя 10 класс,М.:Илекса, 2005.-304с:, 2005
4. Л.Э.Генденштейн, Ю.И.Дик. Физика 11 класс.-М.: Мнемозина,2010
Источник
