Производство, передача, преобразование переменного электрического тока. Трансформатор

Разделы: Физика

Цель урока:

  •  Повторение темы «электромагнитная индукция, переменный ток, генератор переменного тока.
  • Знакомство с принципами производства переменного электрического тока.
  • Обосновать необходимость преобразования напряжения переменного тока, при передаче его на большие расстояния.
  • Знакомство с принципами передачи и преобразования переменного электрического тока.
  • Закрепление, знакомство с правилами техники электробезопасности.

Оборудование: компьютер, мултимедийный проектор,диск с записью видеофрагментов «Явление электоромагнитной индукции», «Трансформатор», плакат, экран, универсальный трансформатор, лампочки накаливания, соединительные провода.

Ход урока

I. Оргмомент – 2мин.

Собрать тетради с домашними индивидуальными заданиями.

II. Повторение темы «электромагнитная индукция, переменный ток, генератор переменного тока – 5мин.

Какое явление называется электромагнитной индукцией? (Видеофрагмент)

III. Производство переменного электрического тока – 5 мин.

Какими способами можно создать индукционный ток в замкнутом проводящем контуре?

Ученики сами добывают ответ на этот вопрос, произведя демонстрацию.

На столе: катушка индуктивности, подключенная к гальванометру, магнит; модель генератора с подключенной электролампой; две катушки соединенные индуктивно (трансформатор), одна из которых подключена через ключ к источнику постоянного тока, а к другой подключен гальванометр.

Ответ:

  1. в катушке возникает индукционный ток при перемещении относительно него магнита;
  2. поворачиваем катушку в магнитном поле Земли;
  3. модель генератора переменного тока;
  4. во вторичной катушке трансформатора возникает переменный ток в момент включения и выключения постоянного тока в первичной катушке.

Какой из этих способов вы применили бы, для получения переменного тока в промышленном масштабе?

Из каких основных элементов состоит индукционный генератор переменного тока?

Объяснение темы преподавателем используя изображение на экране

Приложение 1

IV. Обоснование необходимости преобразования напряжения переменного тока, при передаче его на большие расстояния – 10 мин.

Что происходит, когда по проводнику протекает электрический ток?

Решить задачу: вывести формулу, связывающую площадь поперечного сечения проводов ЛЭП и потери мощности на этих проводах при передаче переменного тока низкого и высокого напряжения.

Например:потери мощности 10% от полной мощности 300 кВт, при передаче тока на 100 км под напряжением 200 В и 110 кВ, одинакова. Сравните площадь поперечного сечения проводов ЛЭП.

Решение:

 g- удельное сопротивление, L – длина, R-сопротивление подводящего провода. U- электрическое напряжение.

Ответ:   → При одинаковых потерях мощности площадь поперечного сечения (значит и масса) проводника в квадрат раз больше, если по проводнику передавать низкое напряжение.

Вывод: При передаче электрической энергии часть энергии теряется, выделяясь в виде тепла. Чтобы уменьшить потери электрической энергии необходимо по проводам передать ток высокого напряжения и меньшей силы тока. При потреблении напряжение нужно понизить.

Выводы делают сами ученики.

V. Знакомство с принципами передачи переменного электрического тока – 5мин. (плакат упрощенная схема преобразования энергии)

VI. Принципы преобразования переменного электрического тока. Устройство трансформатора. Физические процессы, происходящие в трансформаторах - 15мин.

Как можно повысить и понизить напряжение переменного тока? (видеофрагмент)

Демонстрация №1

Демонстрация №2

Вывод: Этот прибор увеличивает напряжение переменного тока.

Вопрос:

1) Можно ли этим же прибором уменьшит напряжение?

2) Какое электрическое напряжение мы используем в быту?

3) Uл =24 В. Что будет если его включить под U=220В?

Демонстрация №2

Вывод: Этот же прибор уменьшает U∼тока.

Этот прибор называется трансформатором.

Прибор предназначенный для преобразования U и I переменного тока называется трансформатором.

  • Чем отличаются повышающий и понижающий трансформаторы?
  • Как узнать повышает или понижает напряжение, данный трансформатор?
  • Будет ли преобразование напряжения, если обе катушки имеют одинаковое количество витков?

Устройство трансформатора.

  • Две катушки с разными числами витков одеты в стальной сердечник
  • Катушка, подключенная к источнику – первичная катушка. (N1, U1, I1)
  • Катушка, подключенная к потребителю – вторичная катушка. (N2, U2, I2)

N-число витков. U-напряжение. I-сила тока.

Обозначение трансформатора

Коэффициент трансформации

КПД =  P1, P2 - мощность

 Вывод:

1) K<1, если N2>N1 или U2>U1 – повышает

2) K>1если N2<N1 или U2<U1 – понижает U

3) Во сколько раз трансформатор увеличивает напряжение во, столько же раз и уменьшает силу тока.

4) Для трансформатора выполняется условие I1U1 ≈ I2U2

Физические процессы, происходящие в трансформаторах.

  • Объясните физические процессы, происходящие в трансформаторе, при прохождении в первичной обмотке переменного тока.

Первичная катушка: ~ ток создаёт ~ магнитное поле

Сердечник – усиливает магнитное поле, которое пронизывает вторичную катушку.

Вторичная катушка: ~ магнитное поле создаёт индукционный ток, напряжение которого зависит от числа витков. N2 больше - U2 больше.

VII. Повторение, заключительное слово – 5мин

  1. Какие электростанции вы знаете? Что является там основным элементом?
  2. Что необходимо сделать, прежде чем передать по проводам электрический ток?
  3. Что необходимо сделать, прежде чем подключить к электрической сети бытовые приборы?
  4.  Что называется трансформатором?
  5. Может ли преобразовать трансформатор, постоянный ток? Почему?
  6. Обозначение, устройство трансформатора.
  7. Физические процессы, происходящие в трансформаторе.
  8. К=20 повышающий или понижающий трансформатор? Какая обмотка первичная или вторичная – должна иметь больше сечение проводов? Почему?

ДОПОЛНИТЕЛЬНО:

Домашнее задание: подготовить к зачету, на следующий урок, ответы на все вопросы самоподготовки по разделу «Электромагнитные колебания. Переменный ток».