Повторение:
Так как действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции, следовательно, перед объяснением нового материала необходимо повторить следующие вопросы:
При каких условиях возникает индукционный ток?
Что называется электромагнитной индукцией?
В каких опытах можно получить индукционный ток?
Как возникает ЭДС индукции в неподвижных проводниках?
Что является причиной возникновения ЭДС в движущихся проводниках?
Объяснение нового материала.
Генератор переменного тока .
Генератор тока – устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую.
Основные части генератора:
Индуктор – устройство, создающее МП.
Якорь – обмотка, в которой индуцируется ЭДС.
Кольца со щетками – устройство, которым снимают с вращающихся частей индукционный ток или подают ток питания электромагнитом.
ЭДС, индуцируемая в последовательно соединенных витках, будет складываться из суммы ЭДС в каждом из них, поэтому обмотка якоря состоит из множества витков.
Генератор состоит из неподвижной части — статора и подвижной части — ротора . Обычно на роторе располагаются электромагниты с полюсами N и S. Их обмотка, называемая обмоткой возбуждения, питается через кольца и щетки от источника постоянного тока. В пазах статора, собранного из стальных листов, находятся проводники обмотки статора. Они соединены друг с другом последовательно поочередно с передней и с задней сторон статора.
Для технических целей применяется переменный ток синусоидальной формы с частотой 50 Гц, для этого ротор должен вращаться с частотой 50 об/с. Чтобы уменьшить частоту вращения, увеличивают число пар полюсов индуктора. ν = nf , n – число пар полюсов, f — частота вращения ротора.
Трансформатор.
Впервые трансформаторы были использованы в 1878 г. русским учёным П.Н. Яблочковым для питания изобретённых им ‘электрических свечей» – нового в то время источника света. Идея П.Н. Яблочкова была развита сотрудником Московского университета И.Ф. Усагиным, сконструировавшим усовершенствованный трансформатор. (Демонстрация разборного универсального трансформатора).
С помощью разборного универсального трансформатора рассматриваем устройство трансформатора.
Трансформатор состоит из замкнутого сердечника, на который надеты две (иногда и более) катушки с проволочными обмотками. Одну из обмоток, называемую первичной, подключают к источнику переменного напряжения. Вторую обмотку, к которой присоединяют «нагрузку», то есть приборы и устройства, потребляющие электроэнергию, называют вторичной.
Зарисовать в тетрадь схему устройства трансформатора, его условное обозначение (планшет)
Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. При прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике появляется переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукции в каждой обмотке. Сердечник из трансформаторной стали концентрирует магнитное поле, так, что магнитный поток существует только внутри сердечника и одинаков во всех его сечениях.
В первичной обмотке, имеющей n 1 витков, полная ЭДС индукции е 1 равна n 1 е.
Во вторичной обмотке полная ЭДС е 2 равна n 2 е, следовательно
Обычно активное сопротивление обмоток трансформатора мало, и им можно пренебречь. В этом случае модуль напряжения на зажимах катушки приблизительно равен ЭДС индукции, значит:
Мгновенные значения ЭДС е
1
и е
2
изменяются синфазно (одновременно достигают максимума и одновременно проходят через нуль.) Поэтому отношение
можно заменить:
Величину k называют коэффициентом трансформации .
При k > 1, — трансформатор – понижающий. При k < 1 – повышающий.
Вывод о назначении трансформатора
Наиболее важное применение трансформатора — это передача электрической энергии на большое расстояние.
Большое практическое применение трансформатор находит в электросварке.
Образование двух противоположных магнитных потоков в сердечнике полностью нагруженного трансформатора положено в основу устройства современного бытового электрического звонка.
В радиотехнике для понижения напряжения (силовые трансформаторы).
КПД трансформатора ɳ = * 100%, или ɳ= I 2 U 2 / I 1 U 1 .
Р 2 -мощность вторичной обмотки, Р 1 -мощность первичной обмотки. В современных мощных трансформаторах суммарные потери 2-3%. КПД составляет 97-98%.
Закрепление:
1. Почему сердечники трансформаторов изготовляют из отдельных листов, изолированных лаком?
2. Почему трансформатор выходит из строя, когда замыкаются накоротко хотя бы два соседних витка?
3. Почему сердечники трансформаторов собирают из пластин электротехнической стали?
Дома:
1. Подготовить доклад: передача электрической энергии, и ее использование.
2. Изготовить модель понижающего трансформатора.
3. Доклад: успехи и перспективы электрификации России.
4. Доклад: экономия электроэнергии.
Вопрос:
1. Какой электрический ток называется переменным?
1) Электрический ток, периодически меняющийся со временем по модулю и направлению
2) Электрический ток, периодически меняющийся со временем
3) Электрический ток, периодически меняющийся по модулю
4) Электрический ток, периодически меняющийся со временем по направлению
2. Где используют переменный электрический ток?
1) в домах. 2) квартирах. 3) на производстве. 4) на автомобилях.
5) велосипедах.
3. Почему генераторы переменного тока называют индукционными?
1) их действие основано на явлении электрического тока
2) их действие основано на магнитном действии
3) их действие основано на явлении электромагнитной индукции
4) их действие основано на явлении постоянного магнита:
4. Из чего состоит электромеханический индукционный генератор?
1) генератора. 2) станины. 3) статора.
4) ротора. 5) полукольца. 6) щетки.
5. Какая часть индукционного генератора подвижная?
1) статор. 2) ротор. 3) щетки. 4) обмотка.
6. Какая часть индукционного генератора не подвижна?
1) обмотка. 2) ротор. 3) статор.
7. Чем приводится во вращение ротор генератора на тепловых станциях?
1) водой. 2) паром от сгоревшего топлива. 3) бензином. 4) керосином.
8. Чем приводится во вращение ротор генератора на гидроэлектростанции?
1) паром. 2) водой. 3) керосином. 4) кувалдой.
9. Какова стандартная частота переменного тока?
1) 65Гц. 2) 55 Гц. 3) 40 Гц. 4) 50 Гц. 5) 70 Гц.
10. Из каких элементов состоит трансформатор?
1) сердцевина. 2) сердечник. 3) первичная обмотка.
4) вторичная обмотка. 5) обмотки из проволоки.
11. Для чего предназначен трансформатор?
1) Трансформатор предназначен для увеличения или уменьшения переменного напряжения и силы тока
2) Трансформатор предназначен для увеличения или уменьшения переменного напряжения
3) Трансформатор предназначен для увеличения или уменьшения силы тока
4) Трансформатор предназначен для уменьшения переменного напряжения и силы тока
5) Трансформатор предназначен для увеличения напряжения и силы тока
12. Сколько видов трансформаторов существует?
1) 1. 2) 2. 3) 3. 4) 4. 5) 5.
13. К какой обмотке трансформатора подключают переменный электрический ток?
1) к первичной. 2) к вторичной. 3) к первичной и вторичной.
14. По какому физическому закону можно определить потери электроэнергии в ЛЭП?
1) закон Джоуля. 2) закон Джоуля-Ленца. 3) закон Ленца.
4) закон Паскаля. 5) закон Ньютона.
15. Кто изобрел трансформатор?
1) Лебедев. 2) Тимирязев. 3) Яблочков. 4) Паскаль.
1,2,3 | 3,4,5,6 | 2,3,4 |
Разделы: Физика Тип урока – формирование новых знаний. Оборудование:
Цель урока:
Ход урока1. Организационный момент.2. Актуализация опорных знаний. (Слайды 1,2)1. Проводник находится в электрическом поле. Как движутся в нём свободные электрические заряды? А. Совершают колебательное движение 2. Что принято за направление электрического тока? А. Направление упорядоченного движения
положительно заряженных частиц. 3. Какова роль источника тока в электрической цепи? А. Порождает заряженные частицы. 4. В проводнике отсутствуют электрическое поле. Как движутся в нём свободные электрические заряды? А. Совершают колебательное движение. 5. Какие силы вызывают разделение зарядов в источнике тока? А. Кулоновские силы отталкивания. 3. Сообщение цели и плана урока .Мы повторили материал о постоянном электрическом токе, а теперь изучим переменный электрический ток. (Слайды 3,4) знать:
уметь:
4. Изучение нового материала.До конца XIX века использовались только источники постоянного тока – химические элементы и генераторы. Это ограничивало возможности передачи электрической энергии на большие расстояния. Проблема была решена при использовании переменного тока и трансформаторов. (Слайды 5,6) Переменный ток – это ток, изменение которого по величине и направлению повторяется периодически через равные промежутки времени и который характеризуется амплитудой, периодом, частотой, фазой . Амплитуда – максимальное значение физической величины.(обозначают прописными буквами с индексом m: Im, Um, Em Период – время, в течение которого переменный ток совершает полный цикл своих изменений. Т – период, с. Частота – это число периодов в секунду. f – частота, Гц. f = 50Гц– промышленная частота переменного тока в России. Это интересно. (Слайд 7). (Сообщение студента о выборе промышленной частоты в других странах). Рассмотрим примеры параметров переменного тока. (Слайд 8)
Получение (генерирование) переменного тока. (Слайды 9,10) Честь создания генераторов переменного тока, совершивших революцию в электротехнике, принадлежит сербу Н. Тесле и русскому инженеру М.О. Доливо-Добровольскому. Работа генератора переменного тока основана на явлении электромагнитной индукции (ЭМИ). Устройство генератора переменного тока. (Слайд 11)
При равномерном вращении ротора в обмотках статора наводится ЭДС: е = E sin t = BSN sin 2nt, где e = BSN – максимальное значение ЭДС; n – число оборотов ротора в секунду; N – число витков обмотки статора. Вырабатываемое напряжение в промышленных генераторах -В. При вращении рамки в магнитном поле меняется магнитный поток. В рамке наводится переменная ЭДС индукции. Если цепь замкнута, то возникает индуктивный ток, который непрерывно меняется по модулю, а через 1 / 2 Т – по направлению. Вынужденные электрические колебания, возникшие в цепях под действием напряжения, осуществляются по синусоидальному закону u =sint или u =cost. . Электромагнитное поле УРОК 8/20 Тема. Переменный ток. Генератор переменного тока Цель урока: сформировать у учащихся представление о переменный ток и способы его получения. Тип урока: комбинированный урок. ПЛАН УРОКА ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА На производстве и в быту гораздо чаще используют переменный ток, чем постоянный. Ø Переменным током называют электрический ток, который периодически изменяется по величине и направлению. Переменный ток получают при помощи генераторов переменного тока с использованием явления электромагнитной индукции. Представим проводник в виде рамки площадью S , которая равномерно вращается с угловой скоростью ω в однородном магнитном поле (магнитная индукция перпендикулярна к оси вращения рамки). Магнитный поток через рамку Ф = ВScosα , где α - угол между вектором нормали к площади рамки и линиями магнитной индукции. Если начать отсчет времени в момент, когда вектор направленный вдоль линий магнитной индукции, то начальное значение угла α равен нулю, а зависимость угла от времени имеет вид: α = ωt , поэтому Ф = BScosωt . Изменение магнитного потока приводит к возникновению в рамке ЭДС индукции . Согласно закону электромагнитной индукции Скорость изменения магнитного потока Δ Ф/Δ t с точки зрения математики является производной функции Ф(t ), поэтому Таким образом, рассматриваемая рамка является источником ЭДС, выполняет гармонические колебания с амплитудой Если рамка состоит из N витков, то амплитуда ЭДС увеличивается в N раз: Чтобы воспользоваться полученной ЭДС, можно прикрепить подвижные концы рамки до неподвижных контактов внешнего электрического круга. Можно, например, обеспечить, чтобы металлическое кольцо от каждого из концов рамки скользило по своему упругому контакту (щетке). Тогда щетки можно рассматривать, как полюсы источников тока. Если присоединить к этим полюсам резистор сопротивлением R , напряжение на резисторе будет совпадать с ЭДС в рамке: а сила тока в резисторе будет: Амплитуда силы тока в этом выражении Период переменного тока, а его частота ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА ЧТО МЫ УЗНАЛИ НА УРОКЕ · Переменным током называют электрический ток, который периодически изменяется по величине и направлению. · Генератор переменного тока является электромеханическим устройством, которое преобразует механическую энергию в электрическую энергию переменного тока. Рів1 № 9.2; 9.11; 9.12; 9.13. Рів2 № 9.24; 9.25; 9.26, 9.27. Рів3 № 9.31, 9.32; 9.33; 9.34. Всероссийский фестиваль педагогического творчества Урок по теме: Генератор переменного тока. Трансформатор. Ход урока Знаете ли вы какое-нибудь физическое явление явление, открытое в начале 19-го века, которое лежит в основе всей современной цивилизациии и даже личный комфорт каждого из нас напрямую связан с этим явлением? Выслушать детей Существует ли связь между явлением ЭМИ и производством электроэнергии, которая поступает в каждый наш дом, квартиру? Предлагаю рассмотреть эксперимент Независимо от полученных предложений провести демонстрацию возникновения индукционного тока (с помощью программы Logger Lite). Итак, если магнитный поток пронизывающий контур меняется, то возникает переменный индукционный ток. При этом совершенно неважно будет ли в этом случае магнит двигаться относительно катушки или катушка относительно магнита: главное, чтобы магнитный поток, пронизывающий контур непрерывно менялся. Вращающаяся часть генератора называется ротором, а неподвижная статором. Но сечение провода не может быть очень большим, поэтому для передачи электроэнергии к потребителю на большие расстояния необходимо понизить значение переменного тока Предлагаю вам оценить свои знания по теме «переменный ток, трансформатор» Рисунок 5515 Приложенные файлы Конспект урока физики в 9 классе по теме «Получение переменного электрического тока. Генератор» Цели урока: выяснить условия существования переменного тока; познакомиться с устройством трансформатора, рассмотреть принцип его действия, достоинства, практическое применение.
До начала урока демонстрируется таблица с комментированием. 1 этап. Мотивация. На доске эпиграф: «...а какая польза может быть от новорожденного?» М. Фарадей. Проверка д/з «Да-нет» Верно ли, что явление электромагнитной индукции открыл Никола Тесла? Верно ли, что возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитный действием противодействует тому изменению магнитного потока, которым он вызван? При приближении магнита к сплошному кольцу оно, притягиваясь, следует к магниту? При удалении магнита от разрезанного кольцу оно, притягиваясь, следует за магнитом? Прибор для демонстрации правила Ленца нельзя изготовить из железа? В 1821 году Майкл Фарадей написал в своем дневнике: «Превратить магнетизм в электричество», а в 1831 году открыл явление электромагнитной индукции. Нарисуйте схему эксперимента. Однажды Майкл Фарадей читал лекции в Лондонском Королевском университете, и одна из слушательниц его спросила «Какая польза может быть от такого малого тока?» На это Фарадей ей ответил: «А какая польза может быть от новорожденного?» Тема урока:Производство и передача электроэнергии. Генератор. Задачи: Выяснить, какие устройства порождают переменный электрический ток, изучить принцип их действия, выяснить принципы передачи тока. 3 этап. Изучение нового материала. Генератор. Устройство и принцип действия. Генератор - устройство, которое преобразует энергию того или иного вида в электрическую. Еги принцип действия основан на явлении электромагнитной индукции. Простейший генератор состоит из двух частей - подвижного ротора и неподвижного статора. Видео 1мин46 сек. Эксперимент (если получится) 4 этап. Первичное закрепление. Работа в группах. Рассмотрите схему генератора. Укажите его составные элементы, объясните, как он работает. При необходимости пользуйтесь стр. 174 учебника. Где производят электрический ток? На электростанциях. Какие виды электростанций вы знаете? Какие превращения энергии там происходят? Задание 4. Таблица. Работа в парах. Задание 5. Лови ошибку. Лови ошибку. Переменный электрический ток производится на электрических станциях с помощью акселератора. Генератором называется устройство, которое преобразует энергию любого вида в механическую. Электромеханический генератор состоит из подвижного ротора и неподвижного стартера. В основе действия генератора лежит правило буравчика. Генераторы используются в быту, в промышленности и в транспорте. Задание 6. В тестовой форме (по времени) 5 этап. Рефлексия. Так какая же польза от новорожденного? Благодаря огромной теоретической работе ученых по изучению индукционного тока, сегодня в каждом доме есть электроэнергия. Подведение итогов. Заполнение таблицы. Д/З подготовить доклады по электростанциям. |