Трансформатор

Школьный конкурс «Учитель года»
14.11.2004г.
Трансформатор.
Цель: Изучить принципы трансформации тока и его использование.
Расширить мировоззрение учащихся, умение анализировать.
Оборудование: Плакат: «Трансформатор» (промышленный), школьный тр-р,
соединительные провода, выпрямитель КЭФ-8, ключ замыкания, лампа на
подставке на 3,5В, вольтметр демонстрационный, трансформатор
демонстрационный.
Ход урока: 1Организационная часть. Мы рассматривали вопросы об
использовании электроэнергии. Сегодня повторим об этом и пойдём дальше.
Ответим на следующие вопросы:
1 Какое устройство используется для производства электроэнергии?
(Генератор).
2 Как устроен генератор? (Катушечная рамка вращается в магнитном поле
постоянного магнита.)
3 Каковы значения силы тока и напряжения в генераторе? (Переменные.)
4 Что значит: напряжение и сила тока в генераторе переменные? (Их модули и направление меняется со временем по гармоническому закону.)
5 От чего зависят значения силы тока и напряжения в генераторе? (От N,B,S)
6 Как передают электроэнергию от электростанций к потребителю? (По
ЛЭП.)
7 Почему на ЛЭП, идущих от электростанций, напряжение высокое? ( чтобы
по закону Джоуля –Ленца Q  I 2 Rt не было сильного перегрева проводов
ЛЭП.)
8 Каким образом повышают напряжение для передачи по ЛЭП? (С помощью
трансформатора- не каждый ученик это скажет, т.к. не изучили ещё.)
Вот об этом сегодня и поговорим. Для повышения напряжения для передачи
по ЛЭП используется устройство, называемое т р а н с ф о р м а т о р.
Новая тема:
А) Как он устроен? (Разбирается демонстрационный трансформатор.) Состоит из 2-х катушек с различным числом обмоток, с общим замкнутым сердечником. Одна катушка присоединена к источнику тока, 2-я- к потребителю.
Между собой катушки не соединены. Б) Как передается электроэнергия от
первичной катушки ко вторичной? Вокруг 1-й катушки возникает переменное магнитное поле, которое пронизывает 2-ю катушку. И во 2-й катушке
из-за ЭДС электромагнитной индукции возникает индукционный ток.
В) Почему катушки насажены на общий сердечник? Магнитное поле,
создаваемое 1-й катушкой, сосредотачивается в замкнутом пространстве, не
рассеивается. Вспомните 1-е уроки в начале года: в опытах Фарадея величина
индукционного тока зависела от наличия сердечника катушки.
Г) Каковы частоты изменения напряжения на первичной катушке и
ЭДС индукции на 2-й катушке? Одинаковы, ведь, магнитное поле, меняющееся в такт напряжению на 1-й катушке общее для обеих катушек.
Устройство, которое преобразует переменное напряжение без изменения его
частоты, называется трансформатором.
1.Посмотрите, как устроен сердечник трансформатора? Из отдельных
пластин. Почему? Ведь, легче сплошной сердечник изготовить. При перемагничивании сердечника (измени направления магнитного поля вокруг катушки из-за изменения направления тока в 1-й катушке) возникают токи Фуко. По закону Джоуля-Ленца это приводит к нагреванию сердечника трансформатора, что влияет на долговечность, безопасность КПД его работы.
Нужно уменьшить токи Фуко: В пластинах токи Фуко меньше , чем в
сплошных сердечниках.
2 Ток на электростанции вырабатывается непрерывно, трансформатор Работает (как?) тоже непрерывно. Так или иначе, при длительном прохождении
тока катушки трансформатора тоже ( что должны делать?) нагреваются. Их
нужно (что делать?) охлаждать. А каким образом? Посмотрите на плакат:
катушки опущены в специальное трансформаторное масло. По трубкам идёт
конвекция масла, который охлаждается благодаря теплопроводности. В зависимости от температуры окружающей среды уровень масла меняется. Имеется дополнительный бак с маслом. Над маслом- воздушный зазор. И масло, и
изоляция проводов при коротком замыкании возгораемы. Такой факт имел
место, когда некоторые «умельцы» пытались починить выгоревший из-за неучетного потребления электричества в быту предохранитель трансформатора: замыкание произошло с треском молнии, возгорание сопроводилось грохотом взрыва, пламя горения было около1,5 метра. А потом весь микрорайон
жил без света несколько дней.
3 Имеет место 2 случая работы трансформатора: холостой режим- нет потребления тока со вторичной обмотки; и рабочий режим- есть потребление тока
со вторичной обмотки.
ф ф
1
2
 Е1   Е2 ;U 1  U 2 ;
P  P Е  е N ;Е
1
2
1
1
1
2
 е2 N 2 ; Е1
Е2
 N2
N2
К
-коэффициент трансформации. К<1- трансформатор повышающий; К>1трансформатор понижающий. При R << X L  L  U !  E1;U 2  E2 .
4 η=98%-трансформатор единственное устройство созданное человеком,
имеющее почти 100% кпд.
Демонстрация:
Без сердечника и незамкнутом сердечнике
лампочка не горит, а при замкнутом сердечнике
лампочка загорается. Почему? ( Энергия
магнитного поля 1-й катушки не сосредотачивается в замкнутом
пространстве обеих катушек, не вызывает индукционного тока во 2-й
катушке.
Домашнее задание: § Трансформаторы. Принести задачники.