Номер 2, страница 39 - гдз по физике 11 класс учебник Башарулы, Шункеев

2. На основе какого явления можно объяснить принцип работы трансформатора?

1. Роль трансформатора при передаче электрической энергии заключается в преобразовании (повышении или понижении) напряжения переменного тока для минимизации потерь энергии. Электроэнергия вырабатывается на электростанциях и передается на большие расстояния к потребителям. Потери мощности в линиях электропередачи (ЛЭП) происходят в основном из-за нагрева проводов и описываются законом Джоуля-Ленца: $P_{потерь} = I^2 \cdot R$, где $I$ — сила тока в линии, а $R$ — её сопротивление. Чтобы уменьшить эти потери, необходимо уменьшить силу тока, так как потери пропорциональны квадрату силы тока.

Для передачи той же мощности $P = U \cdot I$ при меньшем токе $I$ необходимо увеличить напряжение $U$. Именно для этого служат трансформаторы:

1. На выходе с электростанции устанавливают повышающий трансформатор. Он увеличивает напряжение до сотен тысяч вольт (например, 220 кВ, 500 кВ, 750 кВ). При этом, согласно формуле мощности, сила тока во столько же раз уменьшается. Это позволяет передавать электроэнергию по ЛЭП с минимальными потерями.

2. Вблизи потребителей (городов, промышленных предприятий) устанавливают понижающие трансформаторы. Они в несколько этапов снижают высокое напряжение до безопасных и стандартных для использования значений (например, 6-10 кВ для местных сетей и 380/220 В для конечных потребителей).

Таким образом, использование трансформаторов является ключевым элементом системы энергоснабжения, позволяющим эффективно и экономично передавать электрическую энергию на большие расстояния.

Ответ: Основная роль трансформатора — изменять напряжение переменного тока. При передаче электроэнергии на большие расстояния напряжение повышают, чтобы уменьшить ток и, следовательно, минимизировать потери энергии в проводах. Перед подачей энергии потребителям напряжение понижают до безопасных рабочих значений.

2. Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. Это явление было открыто Майклом Фарадеем и заключается в возникновении электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него.

Трансформатор состоит из двух (или более) катушек (обмоток), называемых первичной и вторичной, которые намотаны на общий замкнутый сердечник из ферромагнитного материала. Процесс работы выглядит следующим образом:

1. На первичную обмотку подается переменное напряжение от источника. Протекающий по ней переменный ток создает в сердечнике переменное магнитное поле, которое порождает переменный магнитный поток.

2. Благодаря сердечнику, этот переменный магнитный поток практически полностью концентрируется внутри него и пронизывает витки как первичной, так и вторичной обмоток.

3. Согласно закону электромагнитной индукции, изменение магнитного потока, пронизывающего витки вторичной обмотки, приводит к возникновению в ней электродвижущей силы (ЭДС) индукции. Если вторичная обмотка подключена к нагрузке, в ней возникает переменный ток той же частоты, что и в первичной обмотке.

Соотношение напряжений на обмотках в идеальном трансформаторе (без потерь) прямо пропорционально соотношению числа витков в них: $\frac{U_2}{U_1} = \frac{N_2}{N_1}$, где $U_1$ и $U_2$ — напряжения, а $N_1$ и $N_2$ — числа витков в первичной и вторичной обмотках соответственно. Таким образом, изменяя соотношение числа витков, можно повышать или понижать напряжение.

Ответ: Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции.