Номер 3, страница 190, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

3. Объясните, почему КПД трансформаторов намного выше, чем у генераторов и электродвигателей.

3. Коэффициент полезного действия (КПД), определяемый как отношение полезной выходной мощности к полной входной мощности ($\eta = \frac{P_{полезная}}{P_{затраченная}}$), у трансформаторов значительно выше, чем у генераторов и электродвигателей, из-за фундаментальных различий в их конструкции и, соответственно, в источниках потерь энергии.

Основное различие заключается в наличии или отсутствии движущихся частей.

1. Генераторы и электродвигатели — это электромеханические машины. Генератор преобразует механическую энергию во вращении в электрическую, а электродвигатель совершает обратное преобразование — электрическую энергию в механическую. Оба этих устройства имеют вращающуюся часть (ротор) и неподвижную (статор). Их работа неизбежно связана со следующими значительными потерями:

• Механические потери: Это потери энергии на преодоление сил трения в подшипниках, на которых вращается ротор, а также на сопротивление воздуха (вентиляционные потери). Эти потери превращаются в тепло и не вносят вклада в полезную работу.

• Электрические потери: Нагрев обмоток из-за их сопротивления (потери в меди).

• Магнитные потери: Потери в сердечнике (магнитопроводе) из-за гистерезиса и вихревых токов.

2. Трансформатор — это статическое электромагнитное устройство. Он преобразует электрическую энергию переменного тока одного напряжения в электрическую энергию переменного тока другого напряжения без изменения частоты. Трансформатор не имеет движущихся или вращающихся частей.

Источники потерь в трансформаторе ограничиваются:

• Электрическими потерями в обмотках (потери в меди).

• Магнитными потерями в сердечнике (потери в стали на гистерезис и вихревые токи).

Таким образом, в трансформаторах полностью отсутствуют механические потери, которые являются существенной статьей потерь в генераторах и электродвигателях. Именно отсутствие потерь на трение и сопротивление воздуха позволяет современным силовым трансформаторам достигать КПД 98–99.5% и выше, в то время как КПД даже самых крупных и эффективных генераторов и двигателей редко превышает 97-98%, а для устройств меньшей мощности этот показатель значительно ниже.

Ответ: КПД трансформаторов намного выше, потому что они являются статическими устройствами и не имеют движущихся частей. Вследствие этого в них отсутствуют механические потери энергии на трение в подшипниках и на сопротивление воздуха, которые являются значительным источником потерь в генераторах и электродвигателях, имеющих вращающиеся роторы.