Апреля; Группа 10-КС и группа 99; ФИЗИКА тема «Генератор в цепи переменного тока. Трансформатор»
ЗАДАНИЕ:
1. Выполнить конспект лекции.
2. Решить примеры в конце лекции.
Фотографии конспекта и решения примеров прислать в личном сообщении.
На фотографиях вверху должна быть фамилия, дата выдачи задания, группа, дисциплина. Например: "Иванов, 14.04, группа 99(или группа 10КС), Физика".
Для максимальной оценки домашнее задание прислать до 16.04 включительно.
В учебнике «Физика 11 кл» параграфы 17-19, примеры решения задач параграф 20
Занятие
Электрический ток, периодически меняющийся со временем по модулю и направлению, называется переменным током.
Переменный электрический ток представляет собой электромагнитные вынужденные колебания. Переменный ток в отличие от постоянного имеет период, амплитуду и частоту.
Сила тока и напряжение меняются со временем по гармоническому закону, такой ток называется синусоидальным.
Вместо формул для переменного тока можно использовать понятие постоянного тока, который оказывает на проводник такое же воздействие, как и переменный. Его называют действующим значением силы переменного тока. Переменный ток изменяется от нуля до максимального значения, а потом снова падает до нуля, поэтому его воздействие эквивалентно воздействию от постоянного тока, но меньшего значения, чем амплитуда переменного.
Действующее значение силы переменного тока: IД = 
Действующее значение переменного напряжения: UД = 
Амперметры и вольтметры регистрируют в цепи именно действующие значения переменного тока и напряжения. Среднее значение мощности переменного тока: Р = UI
Пример1. На рисунке показан график зависимости переменного напряжения от времени. Каково действующее значение этого напряжения?
Генератор в цепи переменного тока
Проволочную рамку, вращающуюся в постоянном магнитном поле, можно рассматривать как простейшую модель генератора переменного тока. Поток магнитной индукции Ф, пронизывающей поверхность, ограниченную проволочной рамкой S, пропорционален косинусу угла между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции: Ф = ВS cos ωt. По закону э/м индукции ЭДС индукции равна взятой со знаком минус скорости изменения магнитного потока, т.е. производной магнитного потока по времени:
е = - Ф’ = - ВS [cos ωt]’ =BS ω sin ωt = Ɛm sin ωt.
В больших промышленных генераторах вращается электромагнит, создающий магнитное поле и называемый ротором, а обмотки, в которых порождается ЭДС, называемые статором, остаются неподвижными. Генерируемый переменный ток удобнее снимать с неподвижных клемм, а через скользящие контакты с помощью контактных колец и щеток подводить сравнительно слабый постоянный ток к вращающемуся электромагниту. Этот постоянный ток вырабатывается отдельным генератором. А в маломощных генераторах магнитное поле создается вращающимися постоянными магнитами. В этом случае щетки и кольца вообще не нужны.
Переменное магнитное поле порождает переменное электрическое поле, которое создает ЭДС индукции и индукционный ток. Аналогично переменное электрическое поле порождает переменное магнитное поле. Переменные магнитное и электрическое поле существуют одновременно.
Появление ЭДС в неподвижных обмотках статора объясняется возникновением в них вихревого электрического поля, порожденного изменением магнитного потока при вращении ротора.
Трансформатор
Трансформаторы – приборы, осуществляющие преобразование переменного тока, при котором напряжение увеличивается или уменьшается в несколько раз практически без потери мощности.
Устройство трансформатора: трансформатор состоит из замкнутого стального сердечника, собранного из пластин, на который надеты две [иногда и больше] катушки с проволочными обмотками.
Первичная обмотка трансформатора подключается к источнику переменного напряжения.
Вторичная обмотка – обмотка, к которой подсоединяют нагрузку, т.е. приборы и устройства, которые потребляют электроэнергию.
При прохождении тока по первичной обмотке в ней возникает ЭДМ самоиндукции и появляется переменный магнитный поток. Катушка надета на сердечник. Значит и в сердечнике появляется переменный магнитный поток. На том же сердечнике находится и вторая катушка, значит и ее пронизывает тот же переменный поток. Переменный магнитный поток порождает ЭДС индукции в каждом витке вторичной катушки. Значение ЭДС индукции в катушке пропорционально числу витков этой катушки. Обычно активное сопротивление обмоток трансформатора мало, и им можно пренебречь. В этом случае напряжение на первичной катушке равно ЭДС самоиндукции, взятой с противоположным знаком.
Мгновенные значения ЭДС первичной и вторичной катушек изменяются синфазно, т.е. одновременно достигают максимума и нуля, поэтому пропорциональны и действующие значения этих ЭДС и напряжений:
= К
K – коэффициент трансформации равен отношению во вторичной и первичной обмотках трансформатора.
Отдача электроэнергии в цепь, присоединенную ко вторичной обмотке трансформатора, сопровождается потреблением от сети такой же энергии первичной обмоткой. Мощность в первичной цепи при нагрузке трансформатора, близкой к номинальной, примерно равна мощности во вторичной цепи:
U1I1 = U2I2 и 
Это значит, повышая с помощью трансформатора напряжение в несколько раз, мы во столько же раз понижаем силу тока. И наоборот.
КПД трансформатора равен отношению мощности в нагрузке к мощности, подаваемой из сети на первичную катушку:
100%
Пример2. Трансформатор, повышающий напряжение со 120 В до 360В, имеет 240 витков в первичной катушке. Определите, сколько витков во вторичной катушке и во сколько раз понижается сила тока.