Получение и передача переменного электрического тока. Трансформатор
Материалы к уроку
Конспект урока
Благодаря огромной теоретической и практической работе ученых по изучению индукционного тока, сегодня в каждом доме есть электрическая энергия. На предыдущих уроках мы рассматривали простейшие опыты, которые легли в основу тех механизмов, которые помогают произвести и доставить электрическую энергию всем потребителям. В наши дома поступает переменный электрический ток. Переменный ток – это электрический ток, периодически меняющийся со временем по модулю и по направлению. Сегодня мы найдем ответ на вопросы: какие устройства производят переменный электрический ток и как он попадает к нам в дома? Промышленное получение электрического переменного тока сосредоточено на электростанциях. Различают гидравлические, тепловые, атомные, и другие станции. В гидроэлектростанциях (ГЭС) механическая энергия воды преобразуется в гидрогенераторе в электроэнергию переменного тока. Принцип их действия основан на принципе электромагнитной индукции. На тепловых станциях энергия сгораемого топлива преобразуется в энергию электрического тока с помощью турбогенераторов. На атомных станциях энергия расщепления урана в реакторе в превращается в электроэнергию.
Простейший генератор мы уже рассматривали ранее, когда вращали замкнутый контур в подковообразном магните. Для получения энергии в промышленном масштабе используют генераторы переменного тока, принцип устройства которого мы сейчас рассмотрим.
Промышленный генератор состоит из следующих основных элементов: неподвижной части, ее называют статором и подвижной – ротором. Ротор промышленного генератора представляет собой электромагнит. Он создает магнитное поле, которое индуцирует переменный ток в медных контурах, которые располагаются в статоре. Вращение ротора на тепловых электростанциях вызвано мощным паровым потоком, на гидроэлектростанциях – потоками воды. Приборы потребителей в определенных странах рассчитаны на конкретную частоту переменного тока. Например, в России и странах СНГ она равна 50 Герц (Гц), то есть за одну секунду переменный ток совершает 50 колебательных движений, а США частота переменного тока 60 Герц (Гц). Это движение удобно рассмотреть на графике зависимости силы переменного тока от времени. Переменный ток сначала возрастает, при этом течет в одном направлении, затем убывает до нуля и начинает двигаться в противоположном направлении, достигает максимума, и снова убывает до нуля, такой процесс повторяется 50 раз (в России) или 60 раз (В США) за одну секунду. Чтобы передать электроэнергию от электростанции к потребителям используют линии электропередач (ЛЭП). Во время прохождения тока по проводам происходит частичная потеря энергии за счет нагревания проводов, согласно закону Джоуля-Ленца. Для того, чтобы уменьшить потери, уменьшают силу тока, но для сохранения прежней мощности необходимо увеличить напряжение. Электростанции вырабатывают ток невысокого напряжения, поэтому с помощью специального устройства – трансформатора, его повышают, передают по проводам, и только вблизи потребителя опять же с помощью трансформатора его понижают до нужного напряжения, привычного нам в 220 Вольт.
Рассмотрим подробнее устройство и принцип действия трансформатора. Это устройство было изобретено русским ученым изобретателем Павлом Николаевичем Яблочковым. Оно состоит из двух катушек, охватываемых общим магнитным потоком. В зависимости от числа витков на катушках будут различать трансформаторы повышающие и понижающие. Если число витков на первичной обмотке N1 меньше, чем на вторичной N2, трансформатор понижающий. Если число витков на первичной обмотке N1 больше, чем на вторичной N2, трансформатор понижающий.
Рассмотрим полную схему передачи электроэнергии. Напряжение, которое вырабатывает генератор на электростанции, подается на повышающую трансформаторную подстанцию, так как, как уже говорилось ранее, для передачи электроэнергии на большие расстояния требуется большее напряжение – несколько сотен киловольт, а генератор вырабатывает напряжение, которое обычно не превышает 25 кВ. Далее напряжение передается в линии электропередачи. Так как на предприятиях и жилых домах используется напряжение до 380 или 220 В, то в конце линии его поочередно подают на несколько понижающих трансформаторов. Трансформаторы используются и в быту: в подзарядке мобильных телефонов, в телевизорах.
Простейший генератор мы уже рассматривали ранее, когда вращали замкнутый контур в подковообразном магните. Для получения энергии в промышленном масштабе используют генераторы переменного тока, принцип устройства которого мы сейчас рассмотрим.
Промышленный генератор состоит из следующих основных элементов: неподвижной части, ее называют статором и подвижной – ротором. Ротор промышленного генератора представляет собой электромагнит. Он создает магнитное поле, которое индуцирует переменный ток в медных контурах, которые располагаются в статоре. Вращение ротора на тепловых электростанциях вызвано мощным паровым потоком, на гидроэлектростанциях – потоками воды. Приборы потребителей в определенных странах рассчитаны на конкретную частоту переменного тока. Например, в России и странах СНГ она равна 50 Герц (Гц), то есть за одну секунду переменный ток совершает 50 колебательных движений, а США частота переменного тока 60 Герц (Гц). Это движение удобно рассмотреть на графике зависимости силы переменного тока от времени. Переменный ток сначала возрастает, при этом течет в одном направлении, затем убывает до нуля и начинает двигаться в противоположном направлении, достигает максимума, и снова убывает до нуля, такой процесс повторяется 50 раз (в России) или 60 раз (В США) за одну секунду. Чтобы передать электроэнергию от электростанции к потребителям используют линии электропередач (ЛЭП). Во время прохождения тока по проводам происходит частичная потеря энергии за счет нагревания проводов, согласно закону Джоуля-Ленца. Для того, чтобы уменьшить потери, уменьшают силу тока, но для сохранения прежней мощности необходимо увеличить напряжение. Электростанции вырабатывают ток невысокого напряжения, поэтому с помощью специального устройства – трансформатора, его повышают, передают по проводам, и только вблизи потребителя опять же с помощью трансформатора его понижают до нужного напряжения, привычного нам в 220 Вольт.
Рассмотрим подробнее устройство и принцип действия трансформатора. Это устройство было изобретено русским ученым изобретателем Павлом Николаевичем Яблочковым. Оно состоит из двух катушек, охватываемых общим магнитным потоком. В зависимости от числа витков на катушках будут различать трансформаторы повышающие и понижающие. Если число витков на первичной обмотке N1 меньше, чем на вторичной N2, трансформатор понижающий. Если число витков на первичной обмотке N1 больше, чем на вторичной N2, трансформатор понижающий.
Рассмотрим полную схему передачи электроэнергии. Напряжение, которое вырабатывает генератор на электростанции, подается на повышающую трансформаторную подстанцию, так как, как уже говорилось ранее, для передачи электроэнергии на большие расстояния требуется большее напряжение – несколько сотен киловольт, а генератор вырабатывает напряжение, которое обычно не превышает 25 кВ. Далее напряжение передается в линии электропередачи. Так как на предприятиях и жилых домах используется напряжение до 380 или 220 В, то в конце линии его поочередно подают на несколько понижающих трансформаторов. Трансформаторы используются и в быту: в подзарядке мобильных телефонов, в телевизорах.
Остались вопросы по теме? Наши педагоги готовы помочь!
Подготовим к ЕГЭ, ОГЭ и другим экзаменам
Найдём слабые места по предмету и разберём ошибки
Повысим успеваемость по школьным предметам
Поможем подготовиться к поступлению в любой ВУЗ