Номер 2, страница 58 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

2. Для чего используют трансформатор?

2. Трансформатор — это электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения при неизменной частоте. Основная функция трансформатора — изменять величину напряжения (и, как следствие, силы тока) в электрической цепи.

Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. Он состоит из двух (или более) катушек с проволокой (обмоток), намотанных на общий магнитный сердечник. Обмотка, к которой подводится электрическая энергия, называется первичной, а обмотка, с которой энергия снимается, — вторичной.

Когда через первичную обмотку протекает переменный ток, он создает в сердечнике переменный магнитный поток. Этот магнитный поток, пронизывая витки вторичной обмотки, индуцирует в ней электродвижущую силу (ЭДС), в результате чего на выводах вторичной обмотки возникает переменное напряжение.

Отношение напряжений на обмотках (в идеальном трансформаторе без потерь) равно отношению числа витков в этих обмотках. Это соотношение называется коэффициентом трансформации ($\text{k}$):

$k = \frac{U_2}{U_1} \approx \frac{E_2}{E_1} = \frac{N_2}{N_1}$

где $U_1$ и $U_2$ — напряжения на первичной и вторичной обмотках, $E_1$ и $E_2$ — ЭДС в обмотках, а $N_1$ и $N_2$ — число витков в них.

• Если число витков во вторичной обмотке больше, чем в первичной ($N_2 > N_1$), то напряжение на выходе будет выше, чем на входе ($U_2 > U_1$). Такой трансформатор называется повышающим.
• Если число витков во вторичной обмотке меньше, чем в первичной ($N_2 < N_1$), то напряжение на выходе будет ниже ($U_2 < U_1$). Такой трансформатор называется понижающим.

Мощность в идеальном трансформаторе сохраняется, поэтому при повышении напряжения сила тока уменьшается, и наоборот. Соотношение сил тока в обмотках обратно пропорционально соотношению напряжений:

$\frac{I_1}{I_2} = \frac{U_2}{U_1} = k$

Основные области применения трансформаторов:

1. Передача электроэнергии на большие расстояния. На электростанциях напряжение повышают с помощью мощных повышающих трансформаторов до сотен тысяч вольт. Это позволяет значительно уменьшить силу тока в проводах, что, в свою очередь, снижает потери энергии на нагрев проводов (потери пропорциональны квадрату силы тока: $P_{потерь} = I^2R$). Перед подачей потребителям (в городах, на заводах, в домах) высокое напряжение понижают до стандартных значений (например, 220 В) с помощью нескольких ступеней понижающих трансформаторов на подстанциях.

2. Блоки питания и зарядные устройства. Практически вся бытовая электроника (компьютеры, телевизоры, зарядные устройства для телефонов) работает на низком постоянном напряжении. Понижающие трансформаторы в блоках питания являются первым звеном, которое понижает сетевое напряжение 220 В до более низкого переменного напряжения (например, 5-24 В), которое затем выпрямляется, сглаживается и стабилизируется.

3. Сварочные аппараты. В сварочных трансформаторах используется принцип сильного понижения напряжения для получения очень большого тока (сотни ампер), необходимого для расплавления металла и создания сварного шва.

4. Измерительная техника. Специальные измерительные трансформаторы (трансформаторы тока и трансформаторы напряжения) используются для безопасного измерения очень больших токов и напряжений в высоковольтных сетях. Они понижают ток и напряжение до безопасных значений, которые могут быть измерены стандартными приборами.

5. Гальваническая развязка. Трансформаторы обеспечивают электрическую изоляцию между первичной и вторичной цепями. Это важное свойство используется для обеспечения безопасности в медицинском оборудовании, аудиотехнике и других устройствах, чтобы предотвратить поражение человека электрическим током в случае неисправности.

Ответ:
Трансформаторы используются для преобразования (повышения или понижения) напряжения переменного тока. Это необходимо для эффективной передачи электроэнергии на большие расстояния, для питания бытовых и промышленных электронных устройств, для сварочных работ, безопасных измерений в высоковольтных цепях, а также для обеспечения гальванической развязки в целях безопасности.