Номер 1, страница 212 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

1. Что произойдет, если первичную обмотку подключить к источнику постоянного тока?

1. При подключении первичной обмотки трансформатора к источнику постоянного тока работа трансформатора в его привычном понимании станет невозможной, а сам прибор, скорее всего, выйдет из строя.

Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. Для его работы необходимо, чтобы магнитный поток, пронизывающий витки обмоток, постоянно изменялся. При подключении к источнику переменного тока в первичной обмотке возникает переменный ток, который создает в сердечнике переменное магнитное поле. Это переменное магнитное поле, в свою очередь, индуцирует переменную электродвижущую силу (ЭДС) во вторичной обмотке, согласно закону Фарадея для электромагнитной индукции: $ε = -N \frac{dΦ}{dt}$, где $N$ — число витков, а $\frac{dΦ}{dt}$ — скорость изменения магнитного потока.

Если же подключить первичную обмотку к источнику постоянного тока, произойдет следующее:

1. В момент замыкания цепи ток в первичной обмотке будет нарастать от нуля до своего максимального значения. В этот короткий промежуток времени магнитный поток будет изменяться, и во вторичной обмотке возникнет кратковременный импульс индуцированного тока.

2. После того как ток в первичной обмотке достигнет своего постоянного значения, определяемого напряжением источника $U$ и сопротивлением провода обмотки $R$ по закону Ома ($I = \frac{U}{R}$), он перестанет изменяться. Этот постоянный ток создаст в сердечнике *постоянное* магнитное поле. Поскольку магнитный поток не будет меняться со временем ($\frac{dΦ}{dt} = 0$), ЭДС во вторичной обмотке индуцироваться не будет, и ток в ней будет равен нулю.

3. Первичная обмотка трансформатора, как правило, изготавливается из провода с очень низким активным (омическим) сопротивлением $R$. При работе на переменном токе большой ток в ней ограничивается за счет ее высокого индуктивного сопротивления. Для постоянного же тока индуктивное сопротивление равно нулю. В результате через первичную обмотку потечет очень большой ток, фактически ток короткого замыкания. Согласно закону Джоуля-Ленца, количество выделяемой теплоты $Q$ пропорционально квадрату силы тока ($Q \sim I^2$). Этот огромный ток вызовет быстрый и сильный нагрев обмотки, что приведет к расплавлению изоляции, витковому замыканию и, в конечном итоге, к сгоранию обмотки. Это также может привести к повреждению источника постоянного тока.

Ответ: Трансформатор не будет выполнять свою функцию преобразования напряжения. Во вторичной обмотке напряжение возникнет только в виде короткого импульса в момент включения и выключения. Постоянный ток в первичной обмотке будет очень велик из-за ее малого сопротивления, что вызовет сильный перегрев и, с высокой вероятностью, сгорание обмотки и повреждение источника питания.