Номер 4, страница 212 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

4. Для чего необходим трансформатор?

4. Трансформатор — это статическое (не имеющее движущихся частей) электромагнитное устройство, основное назначение которого — преобразование переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения с сохранением его частоты. Проще говоря, трансформаторы необходимы для повышения или понижения напряжения переменного тока.

Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. Он состоит из замкнутого сердечника (магнитопровода), на который намотаны как минимум две катушки (обмотки): первичная и вторичная. Когда на первичную обмотку подается переменное напряжение, оно создает в сердечнике переменный магнитный поток. Этот магнитный поток, проходя через витки вторичной обмотки, индуцирует в ней электродвижущую силу (ЭДС), то есть создает на ее выводах переменное напряжение.

Величина напряжения на вторичной обмотке ($U_2$) зависит от напряжения на первичной обмотке ($U_1$) и соотношения числа витков в обмотках ($N_1$ и $N_2$). Для идеального трансформатора (без учета потерь) справедливо соотношение, называемое коэффициентом трансформации:

$\frac{U_2}{U_1} \approx \frac{N_2}{N_1}$

Если число витков на вторичной обмотке больше, чем на первичной ($N_2 > N_1$), трансформатор является повышающим, и напряжение на выходе будет выше, чем на входе. Если же $N_2 < N_1$, то трансформатор — понижающий, и напряжение на выходе будет ниже.

Ключевая область применения трансформаторов — передача и распределение электроэнергии. Электричество вырабатывается на электростанциях при относительно невысоком напряжении. Для передачи на большие расстояния его напряжение повышают до сотен киловольт с помощью повышающих трансформаторов. Это позволяет значительно снизить силу тока в линиях электропередачи и, как следствие, уменьшить потери энергии на нагрев проводов (потери мощности рассчитываются по формуле $P_{потерь} = I^2R$). Вблизи потребителей напряжение поэтапно понижают с помощью понижающих трансформаторов до стандартных и безопасных значений (например, 220 В).

Также трансформаторы широко используются в бытовой и промышленной аппаратуре: в блоках питания для понижения сетевого напряжения, в сварочных аппаратах для получения больших токов, в измерительной технике, а также для гальванической развязки цепей с целью обеспечения электробезопасности.

Ответ: Трансформатор необходим для преобразования (повышения или понижения) величины напряжения переменного тока. Это позволяет эффективно передавать электроэнергию на большие расстояния с минимальными потерями, а также обеспечивать нужные уровни напряжения для работы различных электрических и электронных устройств.