Номер 5.163, страница 126 - гдз по физике 11 класс сборник задач Заболотский, Комиссаров

Колебания и волны. Глава 5. Электромагнитные колебания. Трансформатор. Передача электрической энергии - номер 5.163, страница 126.

Условие.

5.163. На рисунке 5.35 показан трансформатор, вторичная обмотка которого имеет всего один виток, замкнутый толстым медным стержнем $\text{AB}$. Будет ли работать трансформатор? Не будет ли короткого замыкания?

Рис. 5.35

Решение.

Будет ли работать трансформатор?

Да, трансформатор будет работать. Его работа основана на явлении электромагнитной индукции. Переменный ток, проходящий через первичную обмотку (катушку с большим количеством витков), создает в железном сердечнике переменный магнитный поток. Этот магнитный поток пронизывает контур вторичной обмотки, которая в данном случае состоит из одного витка — толстого медного стержня АВ и соединяющих его проводов. Согласно закону Фарадея, изменение магнитного потока индуцирует во вторичной обмотке электродвижущую силу (ЭДС), $E_2$. Так как вторичная цепь замкнута, в ней под действием этой ЭДС потечет электрический ток. Это означает, что энергия передается из первичной цепи во вторичную, то есть трансформатор выполняет свою функцию.

Ответ: Да, трансформатор будет работать.

Не будет ли короткого замыкания?

Да, во вторичной цепи возникнет режим, близкий к короткому замыканию. Вторичная обмотка, состоящая из толстого медного стержня, обладает очень малым электрическим сопротивлением ($R_2 \to 0$). Сила тока во вторичной обмотке, согласно закону Ома, определяется отношением индуцированной ЭДС к сопротивлению цепи:

$I_2 = \frac{E_2}{R_2}$

Поскольку знаменатель $R_2$ очень мал, сила тока $I_2$ во вторичной цепи достигнет очень большого значения. Такой режим называется коротким замыканием. Большой ток вызовет сильный нагрев стержня АВ в соответствии с законом Джоуля-Ленца ($Q = I_2^2 R_2 t$). Кроме того, большой ток во вторичной обмотке приведет к резкому возрастанию тока и в первичной обмотке, что может вызвать ее перегрев и повреждение, если она не защищена соответствующими предохранителями. Такие трансформаторы с одним витком во вторичной обмотке применяются, например, для контактной сварки, где как раз и требуется очень большой ток.

Ответ: Да, во вторичной цепи будет короткое замыкание.