Номер 5.159, страница 126 - гдз по физике 11 класс сборник задач Заболотский, Комиссаров

Колебания и волны. Глава 5. Электромагнитные колебания. Трансформатор. Передача электрической энергии - номер 5.159, страница 126.

Условие.

5.159. Обмотки трансформатора сделаны из провода разной толщины (рис. 5.34). Какая из обмоток содержит большее число витков? Почему? Как следует подключить этот трансформатор, чтобы он был понижающим; повышающим?

Рис. 5.34

Решение.

Какая из обмоток содержит большее число витков? Почему?
В идеальном трансформаторе мощность в первичной обмотке равна мощности во вторичной обмотке: $P_1 = P_2$, что можно записать как $U_1 I_1 = U_2 I_2$, где $\text{U}$ – напряжение, а $\text{I}$ – сила тока. Из этого соотношения следует, что $U_1/U_2 = I_2/I_1$.
Коэффициент трансформации связывает напряжения и число витков в обмотках: $U_1/U_2 = N_1/N_2$, где $\text{N}$ – число витков.
Объединяя эти два соотношения, получаем: $N_1/N_2 = I_2/I_1$. Это означает, что обмотка с большим числом витков рассчитана на меньшую силу тока, а обмотка с меньшим числом витков – на большую.
Толщина провода выбирается в зависимости от силы тока, который будет по нему протекать. Для большей силы тока требуется более толстый провод, чтобы избежать перегрева из-за сопротивления. Соответственно, для меньшей силы тока можно использовать более тонкий провод.
На рисунке видно, что левая обмотка намотана более тонким проводом, а правая – более толстым. Следовательно, обмотка из тонкого провода рассчитана на меньший ток, а значит, она имеет большее число витков.
Ответ: Большее число витков содержит обмотка, сделанная из более тонкого провода (на рисунке – левая). Это связано с тем, что в обмотке с большим числом витков при той же мощности будет протекать меньший ток, что позволяет использовать провод меньшего сечения.

Как следует подключить этот трансформатор, чтобы он был понижающим?
Понижающий трансформатор уменьшает напряжение, то есть напряжение на вторичной обмотке должно быть меньше, чем на первичной ($U_2 < U_1$). Это условие выполняется, если число витков на вторичной обмотке меньше, чем на первичной ($N_2 < N_1$).
Следовательно, к источнику переменного тока (первичная обмотка) нужно подключить обмотку с большим числом витков (из тонкого провода), а к потребителю (вторичная обмотка) – обмотку с меньшим числом витков (из толстого провода).
Ответ: Чтобы трансформатор был понижающим, к источнику напряжения нужно подключить обмотку из тонкого провода (левую), а к нагрузке – обмотку из толстого провода (правую).

Как следует подключить этот трансформатор, чтобы он был повышающим?
Повышающий трансформатор увеличивает напряжение, то есть напряжение на вторичной обмотке должно быть больше, чем на первичной ($U_2 > U_1$). Это условие выполняется, если число витков на вторичной обмотке больше, чем на первичной ($N_2 > N_1$).
Следовательно, к источнику переменного тока (первичная обмотка) нужно подключить обмотку с меньшим числом витков (из толстого провода), а к потребителю (вторичная обмотка) – обмотку с большим числом витков (из тонкого провода).
Ответ: Чтобы трансформатор был повышающим, к источнику напряжения нужно подключить обмотку из толстого провода (правую), а к нагрузке – обмотку из тонкого провода (левую).