Номер 5, страница 195 - гдз по физике 10 класс учебник Казахбаева, Кронгарт

5. Каковы устройство и принцип действия трансформатора?

5. Каковы устройство и принцип действия трансформатора?

Трансформатор — это статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения при неизменной частоте.

Устройство трансформатора:

Основными частями трансформатора являются:

1. Магнитопровод (сердечник): представляет собой замкнутую магнитную цепь, собранную из листов или ленты специальной электротехнической стали. Он служит для концентрации магнитного потока и его направления от одной обмотки к другой. Чтобы уменьшить потери энергии на вихревые токи (токи Фуко), сердечник изготавливают не сплошным, а шихтованным, то есть собранным из тонких, изолированных друг от друга пластин.

2. Обмотки: на магнитопровод намотаны как минимум две катушки с изолированным проводом.

- Первичная обмотка: та, что подключается к источнику переменного напряжения.

- Вторичная обмотка: та, к которой подключается нагрузка (потребитель электроэнергии).

Обмотки электрически не связаны друг с другом, их связь осуществляется посредством общего переменного магнитного потока.

Принцип действия трансформатора:

Принцип действия основан на явлении электромагнитной индукции. Процесс можно описать следующими шагами:

1. При подключении первичной обмотки с числом витков $N_1$ к источнику переменного напряжения $U_1$, по ней начинает протекать переменный ток $I_1$.

2. Этот переменный ток создает в магнитопроводе переменный во времени магнитный поток $\Phi$.

3. Магнитный поток, замыкаясь по сердечнику, пронизывает витки как первичной, так и вторичной обмоток.

4. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, переменный магнитный поток индуцирует в каждой обмотке электродвижущую силу (ЭДС), пропорциональную числу витков в ней и скорости изменения магнитного потока.

- В первичной обмотке индуцируется ЭДС самоиндукции $E_1$, которая практически уравновешивает напряжение источника $U_1$.

- Во вторичной обмотке с числом витков $N_2$ индуцируется ЭДС индукции $E_2$. В режиме холостого хода (когда нагрузка не подключена) напряжение на зажимах вторичной обмотки $U_2$ равно этой ЭДС ($U_2 = E_2$).

Отношение ЭДС в обмотках равно отношению числа витков в них: $\frac{E_1}{E_2} = \frac{N_1}{N_2}$. Для идеального трансформатора (без потерь) можно считать, что $U_1 \approx E_1$ и $U_2 \approx E_2$, поэтому $\frac{U_1}{U_2} \approx \frac{N_1}{N_2}$.

Если число витков во вторичной обмотке больше, чем в первичной ($N_2 > N_1$), то напряжение на выходе будет выше ($U_2 > U_1$), и трансформатор называется повышающим. Если же $N_2 < N_1$, то напряжение понижается ($U_2 < U_1$), и трансформатор называется понижающим.

Ответ: Трансформатор состоит из магнитопровода (сердечника) и двух или более обмоток (первичной и вторичной). Принцип его действия основан на явлении электромагнитной индукции: переменный ток в первичной обмотке создает переменный магнитный поток в сердечнике, который индуцирует ЭДС во вторичной обмотке, что приводит к изменению напряжения.