Конспект урока по теме "Производство, передача и использование электрической энергии"

Производство, передача и использование электрической энергии

Цели урока:

• Конкретизировать представление школьников о способах передачи электроэнергии, о взаимных переходах одного вида энергии в другой.

• Дальнейшее развитие у учащихся практических навыков исследовательского характера, выведение познавательной активности детей на творческий уровень знаний.

• Отработка и закрепление понятия «энергосистема» на краеведческом материале.

Оборудование: электробытовые приборы, трансформатор, карта

План урока

1. Организационный момент

2. Актуализация знаний

3. Изучение нового материала

4. Выступление учащихся с докладами

5. Закрепление изученного материала

6. Итог урока.

7. Домашнее задание. § 10, № 7.2, 7.19, 7.24, лаб. раб. № 3

ХОД УРОКА

1. Организационный момент

1. Актуализация знаний

1. Изучение нового материала

Практически вся жизнь человека в быту связана с электричеством. Электричество помогает нам обогревать и освещать наши дома, готовить пищу, делать уборку, развлекать нас с вами, поддерживать связь с нашими близкими и многое другое. А что будет, если его не станет?

Как наша прожила б планета,
Как люди жили бы на ней
Без теплоты, магнита, света
И электрических лучей?

А. Мицкевич

А, действительно, как  бы жила планета? Ведь было время, когда люди жили без света. Трудно жили.

Говоря об истории использования электрической энергии в нашей стране следует отметить 1920 год.

В феврале 1920 года была создана комиссия по электрификации, которая предложила план ГОЭЛРО. Этим планом предусматривалось: 

1. Опережающее развитие электроэнергетики;

2. Повышение мощности электростанций;

3. Централизация производства электроэнергии;

4. Широкое использование местного топлива и энергетических ресурсов;

5. Постепенный переход промышленности, сельского хозяйства, транспорта на электроэнергию.

– Почему именно развитие электроэнергетики было поставлено на первое место для развития государства?
– В чем преимущество электроэнергии перед другими видами энергии?
– Как осуществляется передача электроэнергии?
– Вот вопросы, на которые мы с вами ответим в процессе нашего урока.
Тема урока: «Производство, передача и использование электрической энергии»

 – В чем преимущество электроэнергии перед другими видами энергии?

• Ее можно передавать по проводам в любой населенный пункт;

• Можно легко превращать в любые виды энергии;

• Легко получать из других видов энергии;

 – Какие виды энергии можно преобразовать в электрическую? (Ответы  учащихся).

В зависимости от вида преобразуемой энергии электростанции бывают (Ответы  учащихся):

1. Ветряные

2. Тепловые

3. Гидравлические

4. Атомные

5. Приливные

6. Геотермальные

Какими бы ни были типы электростанций, главное устройство на любой из них – это генератор.

Генератор – это устройство, преобразующее энергию того или иного вида в электрическую энергию.

Примеры генераторов:

- гальванические элементы;

- электростатические машины;

- термобатареи;

- солнечные батареи;

- индукционные генераторы постоянного и переменного тока.

В современной энергетике применяются индукционные генераторы переменного тока, действие которых основано на явлении электромагнитной индукции.

? Вспомните, что такое электромагнитная индукция, и кто открыл это явление?

Ответ: Майкл Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, которое заключается в возникновении индукционного тока под действием переменного магнитного поля.

После открытия этого явления многие скептики, сомневаясь, спрашивали: «Какая от этого польза?» На что Фарадей ответил: «Какая может быть польза от новорожденного?» Прошло немногим более половины столетия и, как сказал американский физик Р.Фейнман, «бесполезный новорожденный превратился в чудо-богатыря и изменил облик Земли так, как его гордый отец не мог себе и представить». И этим богатырем, изменившим облик Земли, является генератор.

В настоящее время существуют различные модификации индукционных генераторов. Но все они состоят, из одних и тех же, частей – это магнит или электромагнит, создающий магнитное поле, и обмотка в которой индуцируется ЭДС.

Принцип действия генератора

Принцип действия генератора нам поможет понять модель, находящаяся у меня на столе (или рис10.2 стр.68 учебника):

Обратите внимание, в данной модели генератора вращается проволочная рамка, магнитное поле создает неподвижный, постоянный магнит. При движении проводника его свободные заряды движутся вместе с ним. Поэтому на заряды со стороны магнитного поля действует сила Лоренца, под действием которой свободные заряды приходят в направленное движение, то есть наводится ЭДС индукции, которая имеет магнитное происхождение.

В больших промышленных генераторах вращается именно электромагнит, который является ротором.

Ротор – подвижная часть генератора

Обмотки, в которых наводится ЭДС, вложены в пазах статора.

Статор – неподвижная часть генератора.

Появление ЭДС в неподвижных обмотках статора объясняется возникновением в них электрического поля, порожденного изменением магнитного потока при вращении ротора.

Генераторы вырабатывают переменный электрический ток.

Переменный ток – это электрический ток, который изменяется с течением времени по гармоническому закону.

График переменного тока представлен на стр 68, рис. 10.3 учебника. Отрицательное значение силы тока соответствуют противоположному направлению тока.

Переменный ток имеет преимущество перед постоянным, потому что напряжение и силу тока можно в очень широких пределах преобразовать (трансформировать) почти без потерь, а такие преобразования необходимы во многих электро- и радиотехнических устройствах. Но особенно большая необходимость трансформации напряжения и тока возникает при передаче электроэнергии на большие расстояния.

Произведенная электроэнергия передается к потребителю.

- Кто, на ваш взгляд, являются основными потребителями электроэнергии?

Ответы учащихся:

• Промышленность (почти 70%)

• Транспорт

• Сельское хозяйство

• Бытовые нужду населения

- Вся ли энергия, получаемая на электростанции, доходит до потребителя? Почему происходят потери при передаче электроэнергии?

При прохождении тока по проводам, они нагреваются. По закону Джоуля-Ленца учитывая что , получим  .
Отчего зависит количество теплоты, выделяемое в проводах?
Чем сила тока, удельное сопротивление и длина проводов, тем количество теплоты и наоборот. Чем площадь поперечного сечения провода, тем количество теплоты. Но увеличивать S не выгодно, так как это приведет к увеличению массы проводов.
Уменьшить количество теплоты можно за счет уменьшения силы тока. Для этого применяют устройство, называемое трансформатором.

Трансформатор – это устройство, преобразующее переменный ток, при котором напряжение увеличивается или уменьшается в несколько раз практически без потери мощности.

В первые трансформаторы были использованы в 1878 году русским учённым П.Н.Яблочковым для питания изобретённых им электрических свечей.

Простейший трансформатор состоит из сердечника замкнутой формы из магнитомягкого материала, на который намотаны две обмотки: первичная и вторичная (смотри рис.) 

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. Если первичную обмотку трансформатора включить в сеть источника переменного тока, то по ней будет протекать переменный ток, который создаст в сердечнике трансформатора переменный магнитный поток. Этот магнитный поток, пронизывая витки вторичной обмотки, будет индуктировать в ней электродвижущую силу ( ЭДС ). Если вторичную обмотку замкнуть на какой-либо приемник энергии, то под действием индуктируемой ЭДС по этой обмотке и через приемник энергии будет протекать электрический ток. Одновременно в первичной обмотке также появится нагрузочный ток. Таковым образом, электрическая энергия, трансформируясь, передается из первичной сети во вторичную при напряжении, на которое рассчитан приемник энергии, включенный во вторичную сеть.

Основной величиной, характеризующей работу трансформатора является коэффициент трансформации- К

К- коэффициент трансформации

Коэффициент трансформации - это величина, численно равная отношению напряжений на зажимах двух обмоток в режиме холостого хода.

Для двух обмоток силового трансформатора, расположенных на одном стержне, коэффициент трансформации принимается равным отношению чисел их витков.

Трансформаторы могут быть повышающими и понижающими.

При K  1 трансформатор называется понижающим, так как

при K  повышающим, так как

При передаче электроэнергии на значительное расстояние напряжение повышают до нескольких сотен киловольт, поэтому на выходе из электростанции должен стоять повышающий  трансформатор. Но так как потребитель в основном использует более низкое напряжение, то на входе в населенный пункт ставят понижающий трансформатор.

1. Выступление учащихся с докладами

2. Закрепление изученного материала

№1. Для определения числа витков на первичной обмотке трансформатора на его сердечник было намотано 30 витков провода, концы которого подключили к вольтметру. Чему равно число витков в первичной обмотке трансформатора, если при подаче на него напряжения 220 В, вольтметр, подключенный к катушке из 30 витков, показал напряжение 2 В?

№2. Внутреннее сопротивление источника переменного тока r_вн = 6,4·10³ Ом. Определите коэффициент трансформации K идеального трансформатора, с помощью которого можно получить от этого источника максимальную мощность на нагрузочном сопротивлении R_н = 16 Ом.

№3. На первичную обмотку понижающего трансформатора в высоковольтной линии передачи электрической энергии подается переменное напряжение с действующим значением (U₁)_д = 12 кВ. Напряжение со вторичной обмотки (U₂)_д = 220 В используется для электроснабжения жилых домов. Предполагая трансформатор идеальным, а нагрузку вторичной обмотки чисто активной, определите

    1)  коэффициент трансформации K;

    2)  действующие значения токов (I₁)_д и (I₂)_д в первичной и вторичной обмотках в предположении, что потребляемая мощность P_ср = 96 кВт;

    3)  сопротивление нагрузки R_н во вторичной цепи трансформатора

    

Решение

1. Коэффициент трансформации:

2. Действующие значения токов (I₁)_д и (I₂)_д:

4. Сопротивление нагрузки R_н вторичной цепи:

1. Итог урока.

2. Домашнее задание. § 10, № 7.2, 7.19, 7.24, лаб. раб. № 3