Номер 5.162, страница 126 - гдз по физике 11 класс сборник задач Заболотский, Комиссаров

Колебания и волны. Глава 5. Электромагнитные колебания. Трансформатор. Передача электрической энергии - номер 5.162, страница 126.

Условие.

5.162. Почему наличие очень высокого напряжения во вторичной обмотке повышающего трансформатора не приводит к большим потерям энергии в самой обмотке?

Решение.

Потери энергии в обмотке трансформатора происходят в основном за счет ее нагревания при прохождении электрического тока, что описывается законом Джоуля-Ленца. Мощность тепловых потерь в проводнике (обмотке) определяется формулой:

$P_{потерь} = I^2 R$

где $\text{I}$ – сила тока, протекающего через обмотку, а $\text{R}$ – ее активное сопротивление.

Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. Для идеального трансформатора (без учета потерь) мощность, потребляемая из сети первичной обмоткой, равна мощности, отдаваемой во вторичную цепь:

$P_1 = P_2$ или $U_1 I_1 = U_2 I_2$

где $U_1$ и $I_1$ – напряжение и ток в первичной обмотке, а $U_2$ и $I_2$ – напряжение и ток во вторичной.

Из этого соотношения видно, что повышающий трансформатор, увеличивая напряжение во вторичной обмотке ($U_2 > U_1$), одновременно во столько же раз уменьшает силу тока в ней ($I_2 < I_1$).

Таким образом, несмотря на очень высокое значение напряжения $U_2$ во вторичной обмотке, сила тока $I_2$ в ней оказывается очень малой. Поскольку тепловые потери пропорциональны квадрату силы тока ($I_2^2$), то даже при значительном сопротивлении обмотки эти потери будут небольшими.

Ответ: Тепловые потери энергии в обмотке пропорциональны квадрату силы тока ($P_{потерь} = I^2 R$), а не напряжению. В повышающем трансформаторе очень высокое напряжение во вторичной обмотке сопровождается очень малым током. Именно малая сила тока и является причиной того, что потери энергии в самой обмотке незначительны.