Конспект урока по физике на тему "Трансформаторы: устройство и принцип действия"

Трансформатор

11 б класс дата 27 октября 2017

Цель: изучить назначение, устройство и принцип действия трансформатора

• способствовать формированию представления о преобразовании переменного напряжения, познакомить с назначением, устройством, принципом действия трансформатора,

• способствовать развитию познавательного интереса к предмету на основных достижениях науки и техники; умения анализировать, сравнивать, делать логические выводы;

• способствовать формированию научного мировоззрения, ответственного отношения к учению, содействовать воспитанию усидчивости, аккуратности при выполнении заданий.

Оборудование: трансформатор демонстрационный с принадлежностями

Демонстрации: работа трансформатора на холостом ходу, работа трансформатора с нагрузкой, явление электромагнитной индукции.

Методы: наглядный. Частично-поисковый, анализ, фронтальный опрос.

Формы обучения: работа у доски, индивидуальная работа с учебником, взаимопроверка.

содержание урока

1 Оргмомент

2 Актуализация знаний

3 изучение нового материала

4 Закрепление

5 Рефлексия

6 Домашнее задание

Оргмомент

Подготовка к уроку

Актуализация

Очень часто на практике приходиться различными приборами, аппаратурой, рассчитанными на различные напряжения. Даже в одном и том же электрическом аппарате необходимо бывает применение различных напряжений тока. Например, для питания ламп в радиоприемнике и телевизорах требуется несколько сот вольт. А в сети, как вы знаете напряжение  220В. Как же быть? Не знаете ли вы приборов, устройств, при помощи которых можно менять напряжение?

1.Слушаю предположение и объявляю тему урока.

2.Чтобы понять принцип действия трансформатора нам необходимо вспомнить явление электромагнитной индукции.

• Суть явления  э/ магнитной индукции.

• Закон  э/ магнитной индукции        

изучение нового материала

ЭДС генераторов электростанций довольно велика. При передаче электроэнергии используется напряжение в сотни киловатт. Например, электрогенераторы гидроэлектростанций или теплоэлектростанций вырабатывают ток напряжением 10–20 кВ. Но по проводам выгодно передавать ток напряжением 100–1000 кВ. Между тем на практике чаще всего нужно не слишком высокое напряжение. Преобразование переменного тока, при котором напряжение увеличивается или уменьшается в несколько раз практически без потери мощности ( при неизменной частоте тока), осуществляется с помощью трансформаторов. 

Устройство трансформатора по модели 

Трансформатор состоит: из замкнутого сердечника, изготовленного из специальной листовой трансформаторной стали. На нем располагаются две катушки с различным числом витков из медной проволоки. Одна из обмоток, называется первичной, она подключается к источнику переменного напряжения. Устройства, потребляющие электроэнергию, подключаются к вторичной обмотке, их может быть несколько.Принцип действия трансформатора. Принцип действия основан на законе электромагнитной индукции. При прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике возникает переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукции в каждой обмотке. Магнитное поле концентрируется внутри сердечника и одинаково во всех его сечениях. Мгновенное значение индукции Ei в любом витке и первичной, и вторичной обмоток одинаково: Е₁ = Е₂

Потери энергии при работе трансформатора:

• на нагревание обмоток;

• на рассеивание магнитного потока в пространство;

• на вихревые токи в сердечнике и на его перемагничивание.

Меры, принимаемые для уменьшения потерь:

• обмотка низкого напряжения делается большого сечения так, как по ней протекает ток большой силы;

• сердечник делают замкнутым, чтобы уменьшить рассеяние магнитного потока;

• сердечник делают пластинчатым, чтобы уменьшить вихревые токи.

Благодаря этим мерам КПД современных трансформаторов достигает 95-99%.
Это означает, что практически вся энергия тока, проходящего по первичной обмотке трансформатора, превращается в энергию индукционного тока, возникающего во вторичной обмотке. Поскольку каждый виток первичной и вторичной обмоток пронизывает один и тот же магнитный поток, то в них возникают одинаковые ЭДС , равные по закону Фарадея для электромагнитной индукции, то:

е₁ = е₂ = – Ф'

ЭДС Е₁ и Е₂ действующие во всей первичной или вторичной обмотках, равны произведению ЭДС в одном витке е₁ или е₂ на число витков в обмотке N₁ и N₂

Е₁ = е₁• N₁
Е₂ = е₂• N₂

Вывод: ЭДС, действующие в обмотках, прямо пропорциональны числу витков в них.

Сила тока в первичной обмотке трансформатора во столько раз больше силы тока во вторичной обмотке, во сколько раз напряжение в ней больше напряжения в первичной обмотке:

Если пренебречь падением напряжения на сопротивлениях обмоток, когда сопротивления малы, то можно записать отношение и для напряжений на обмотках трансформатора

Учитель: Для анализа электромагнитных процессов, происходящих в трансформаторе, рассмотрим два режима его работы.

Работа трансформатора на холостом ходу

Рис. 4

Если первичную обмотку подключить к источнику переменного напряжения, а вторичную оставить разомкнутой, (этот режим трансформатора называют холостым ходом), то тока в ней не будет, а в первичной обмотке появится слабый ток, создающий в сердечнике переменный магнитный поток. Этот поток наводит в каждом витке обмоток одинаковую ЭДС, поэтому ЭДС индукции в каждой обмотке будет прямо пропорциональна числу витков в этой обмотке.

Е ~ N

При разомкнутой вторичной обмотке напряжение на ее зажимах U₂ будет равно наводимой в ней ЭДС Е₂.

U₂  Е₂

В первичной обмотке ЭДС Е₁ по числовому значению мало отличается от подводимого к этой обмотке напряжения U₁, практически их можно считать равными.

U₁  Е₁

Величина, показывающая, во сколько раз данный трансформатор изменяет напряжение переменного тока, называется коэффициентом трансформации.

При подаче на первичную обмотку трансформатора какого-либо напряжения U₁ на вторичной обмотке мы получаем на выходе U₂. Оно будет больше первичного, если обмотка содержит больше витков, чем первичная.

Итак, если N₂  N₁, то U₂  U₁, коэффициент трансформации k  и трансформатор называется повышающим.