Контрольные работы, курсовые, дипломные, рефераты, а также подготовка докладов, чертежей, лабораторных работ, презентаций и еще много всего. Недорого и быстро.

Главная страница	Шпаргалки
Решение задач	Эксклюзивные фото по химии
Сочинения (более 4000)	Юмор из жизни учащихся
Вернуться в раздел "Учебные материалы"

Физика

Переменный ток. Трансформаторы

Генератор переменного тока. Простейшим генератором переменного тока является квадратная рамка, вращающаяся между полюсами постоянного магнита c круговой частотой w. ЭДС индукции, генерируемая в рамке с током из-за изменения магнитного потока, равна

Так как v = w l/2 и площадь рамки S = l², то полная ЭДС индукции равна

(18.1)

Здесь учтено, что при равномерном вращении с угловой скоростью w угол поворота q=w t.

Итак, вращающаяся между полюсами магнита рамка генерирует переменную ЭДС индукции, а следовательно, в цепи возникает переменный ток.

Если поместить между полюсами магнита обмотку, содержащую N витков, каждый из которых представляет отдельную рамку, то в каждом витке будет генерироваться вычисленная выше ЭДС и полная ЭДС будет равна

Генерируемое во внешней цепи напряжение будет иметь вид:

(18.2)

а ток в цепи будет по закону Ома равен

(18.3)

Произвольное значение j определяет начальную фазу напряжения или тока (произвол в выборе фазы соответствует произволу в выборе начального положения рамки). Если в цепи действует только активное сопротивление R, то фазы напряжения и тока совпадают, однако в реальных цепях это не так.

Мощность в цепи с активным сопротивлением. Мощность в цепи тока, где имеется только активное сопротивление R, равна N = I²R. Так как ток быстро меняется со временем, то и мощность является функцией времени. Удобно пользоваться средней мощностью за какой-то большой промежуток времени по сравнению с периодом колебаний тока в цепи. Для этого нужно знать среднюю мощность за один период, т.е. количество энергии, поступающей в цепь за один период, деленное на период.

Пусть I = I_mcos(wt) (в предыдущей формуле фаза тока выбрана равной j=p/2). Тогда

При усреднении за период второе слагаемое обращается в нуль, так что средняя мощность оказывается равной

(18.4)

где введено среднее (действующее) значение силы тока

Аналогично можно ввести и действующее значение напряжения:

Понятия действующих значений тока и напряжения в цепи переменного тока полезны на практике, так как именно они регистрируются амперметрами и вольтметрами.

Принцип работы трансформатора. Возбуждение ЭДС индукции в одном контуре за счет изменения тока в другом контуре может быть нежелательным (например, в радиотехнических устройствах такие паразитные ЭДС представляют серьезную проблему). Однако существуют и устройства, основанные на этом явлении и приносящие большую пользу. Примером может служить трансформатор, принцип действия которого становится ясен после простых выкладок.

Напряжение, генерируемое в первичной обмотке трансформатора, имеющей число витков, равное N_перв и подключенной к цепи переменного тока, равно

Вторичная обмотка с числом витков N_втор пронизывается тем же потоком магнитной индукции, поэтому

Отсюда: отношение напряжений на первичной и вторичной обмотках трансформатора равно отношению числа витков в этих обмотках и вторичное напряжение

(18.5)

Коэффициент K называется коэффициентом трансформации.

Итак, если число витков во вторичной обмотке больше числа витков в первичной обмотке ( K > 1), то трансформатор - повышающий (вторичное напряжение больше первичного). При K < 1 трансформатор понижающий.

Если пренебречь потерями на нагревание сердечника трансформатора (в реальных трансформаторах КПД достигает 99%), то мощность, выделяемая в первичной цепи, N = U_первI_перв, должна по закону сохранения энергии равняться мощности, выделяемой во вторичной цепи трансформатора, т.е. U_первI_перв = U_вторI_втор, откуда

(18.6)

Итак, ток во вторичной цепи повышающего трансформатора становится меньше, чем ток в первичной обмотке. Это обстоятельство используется на практике при передаче энергии на большие расстояния. Генераторы электростанций вырабатывают ток большой силы и невысокого напряжения. На выходных повышающих трансформаторах электростанций напряжение повышается во много раз (до нескольких сотен тысяч вольт). При этом уменьшается ток в цепи, что приводит к уменьшению джоулевых потерь при передаче тока на большие расстояния. На конце цепи тока, подключенном к потребителям, понижающие трансформаторы уменьшают напряжение переменного тока до стандартного значения, при этом ток в цепи увеличивается.

Вы находитесь на сайте Xenoid v2.0:
если вам нужно быстро, подробно и недорого
решить контрольную - обращайтесь. Возможны консультации
онлайн. См. раздел "Решение задач".

Использование материалов сайта возможно при условии указания активной ссылки
Химия: решение задач