Номер 5.166, страница 127 - гдз по физике 11 класс сборник задач Заболотский, Комиссаров

Колебания и волны. Глава 5. Электромагнитные колебания. Трансформатор. Передача электрической энергии - номер 5.166, страница 127.

Условие.

5.166. Трансформатор при работе вхолостую потребляет небольшую энергию. Почему же не рекомендуют включать в сеть ненагруженный трансформатор?

Решение.

Трансформатор, включенный в сеть без нагрузки на вторичной обмотке (режим холостого хода), действительно потребляет небольшую, но не нулевую мощность. Эта энергия расходуется на поддержание переменного магнитного поля в сердечнике и на покрытие неизбежных потерь, которые выделяются в виде тепла.

Основные потери в режиме холостого хода включают:

1. Потери в сердечнике (магнитопроводе). Они вызваны циклическим перемагничиванием материала сердечника (гистерезисные потери) и вихревыми токами (токи Фуко), наводимыми в нем переменным магнитным полем. Эти потери являются основной причиной потребления энергии на холостом ходу и практически не зависят от нагрузки трансформатора.

2. Потери в первичной обмотке. Для создания магнитного потока через первичную обмотку протекает небольшой ток холостого хода. Этот ток вызывает нагрев провода обмотки из-за её активного сопротивления (потери Джоуля-Ленца, пропорциональные квадрату тока $P \sim I^2$). Хотя эти потери малы по сравнению с потерями при полной нагрузке, они вносят свой вклад в общее энергопотребление.

Несмотря на малую величину потребляемой мощности, оставлять ненагруженный трансформатор постоянно включенным в сеть не рекомендуется по следующим причинам:

1. Бесполезный расход электроэнергии. Хотя мгновенная потребляемая мощность может быть всего несколько ватт, за длительный период (дни, недели, месяцы) суммарное потребление энергии может стать существенным. Это приводит к лишним финансовым затратам и нерациональному использованию энергоресурсов в глобальном масштабе.

2. Пожарная безопасность. Постоянные потери энергии приводят к нагреву трансформатора. При длительной работе, особенно в условиях недостаточной вентиляции, или при наличии внутреннего дефекта (например, короткозамкнутых витков), трансформатор может перегреться. Это может повредить изоляцию обмоток и стать причиной возгорания.

3. Снижение срока службы. Постоянное нахождение под напряжением и температурным воздействием приводит к постепенному старению и деградации изоляционных материалов и других компонентов трансформатора. Это сокращает его общий ресурс и надежность.

4. Опасность поражения электрическим током. На выводах вторичной обмотки работающего трансформатора всегда присутствует напряжение, даже если к ней ничего не подключено. Если эти выводы доступны для прикосновения, они представляют серьезную опасность поражения электрическим током.

Ответ: Не рекомендуется включать в сеть ненагруженный трансформатор из-за постоянного, хоть и небольшого, расхода электроэнергии, который со временем приводит к значительным потерям. Кроме того, это создает потенциальную пожарную опасность из-за нагрева, сокращает срок службы устройства и создает риск поражения электрическим током от выводов вторичной обмотки.