Ответьте на вопросы, страница 208 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Как создается электрический ток в промышленной сети?

2. Почему приборы разной мощности подключают в одну и ту же сеть?

3. Как производится автоматическое управление электрическими цепями?

1. Как создается электрический ток в промышленной сети?

Электрический ток в промышленных сетях создается на электростанциях (тепловых, гидравлических, атомных) с помощью мощных электромеханических генераторов. В основе их работы лежит явление электромагнитной индукции. Процесс выглядит следующим образом:

1. Первичный источник энергии (тепло от сжигания топлива, ядерная реакция или напор воды) приводит в движение турбину.

2. Турбина вращает ротор генератора. Ротор представляет собой сильный электромагнит.

3. При вращении ротора внутри статора (неподвижной части генератора с обмотками из медного провода) создаваемое им магнитное поле пересекает витки обмоток статора.

4. В соответствии с законом электромагнитной индукции, изменение магнитного потока через обмотки статора порождает в них электродвижущую силу (ЭДС), что и приводит к возникновению переменного электрического тока.

Далее, с помощью трансформаторов напряжение этого тока повышается для эффективной передачи на большие расстояния по линиям электропередачи, а затем понижается перед подачей потребителям.

Ответ: Электрический ток в промышленной сети создается на электростанциях с помощью генераторов, которые преобразуют механическую энергию вращения турбины в электрическую энергию на основе явления электромагнитной индукции.

2. Почему приборы разной мощности подключают в одну и ту же сеть?

Приборы разной мощности можно подключать в одну и ту же сеть (например, бытовую розетку) потому, что все потребители в этой сети соединены параллельно. При параллельном соединении выполняются два ключевых условия:

1. Напряжение $U$ на всех приборах одинаково и равно напряжению сети (например, 220 В).

2. Каждый прибор потребляет ток, величина которого зависит от его собственной мощности $P$ и сопротивления $R$.

Мощность прибора связана с током и напряжением формулой $P = U \cdot I$. Поскольку напряжение $U$ в сети постоянно, прибор с большей мощностью (например, электрочайник, $P \approx 2000$ Вт) будет потреблять больший ток ($I = P/U$), а прибор с меньшей мощностью (например, светодиодная лампа, $P \approx 10$ Вт) — значительно меньший ток.

Таким образом, каждый прибор "берет" из сети именно тот ток, который ему необходим для работы на свою номинальную мощность, не мешая работе других приборов. Общий ток в цепи является суммой токов всех подключенных приборов, и он не должен превышать предел, на который рассчитана проводка и защитный автомат.

Ответ: Это возможно благодаря параллельному соединению потребителей в сети, при котором напряжение на всех приборах одинаково, а каждый прибор потребляет из сети ток, соответствующий его индивидуальной мощности.

3. Как производится автоматическое управление электрическими цепями?

Автоматическое управление электрическими цепями производится с помощью систем, которые без участия человека реагируют на изменение определенных физических параметров и в соответствии с заложенным алгоритмом изменяют состояние цепи (включают, выключают, регулируют). Такая система обычно состоит из трех основных частей:

1. Датчики (сенсоры): устройства, которые измеряют контролируемый параметр (температуру, освещенность, давление, уровень тока, положение и т.д.) и преобразуют его в электрический сигнал. Примеры: термодатчик в утюге, фотореле для уличного освещения.

2. Управляющее устройство (контроллер): "мозг" системы, который получает сигнал от датчика, сравнивает его с заданным значением (уставкой) и принимает решение. Это может быть простое электромеханическое реле, биметаллическая пластина (как в термостате или старых автоматах защиты) или сложный электронный блок — микроконтроллер, программируемый логический контроллер (ПЛК).

3. Исполнительное устройство (актуатор): элемент, который непосредственно выполняет команду контроллера, воздействуя на цепь. Чаще всего это контактор, магнитный пускатель или силовое реле, которое замыкает или размыкает силовую цепь, включая или выключая нагрузку (например, двигатель или нагревательный элемент).

Простейшим примером автоматического управления являются устройства защиты — плавкие предохранители и автоматические выключатели. Они автоматически размыкают цепь при превышении тока, защищая сеть от перегрузки и короткого замыкания.

Ответ: Автоматическое управление осуществляется с помощью систем, состоящих из датчиков, управляющих устройств (контроллеров) и исполнительных механизмов, которые без вмешательства человека замыкают, размыкают или регулируют электрическую цепь в ответ на изменение внешних условий или параметров самой цепи.