Номер 3, страница 42 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

3. Как происходит передача энергии от источника в цепи первичной обмотки трансформатора к нагрузке в его вторичной обмотке?

Как происходит передача энергии от источника в цепи первичной обмотки трансформатора к нагрузке в его вторичной обмотке?

Передача энергии в трансформаторе от первичной обмотки к вторичной происходит без прямого электрического контакта между ними, а посредством явления электромагнитной индукции. Процесс можно разбить на несколько ключевых этапов:

1. Создание переменного магнитного поля. К первичной обмотке трансформатора, имеющей $N_1$ витков, подключается источник переменного напряжения $U_1$. Этот источник создает в цепи первичной обмотки переменный ток $I_1$. Согласно закону Ампера, этот переменный ток, протекая по виткам обмотки, создает вокруг нее и в сердечнике трансформатора переменное магнитное поле.

2. Концентрация и передача магнитного потока. Сердечник трансформатора, изготовленный из ферромагнитного материала (например, специальной электротехнической стали), служит для концентрации и направления магнитного поля. Переменный магнитный поток $\Phi$, созданный первичной обмоткой, почти полностью замыкается внутри сердечника и, таким образом, пронизывает витки вторичной обмотки.

3. Возникновение ЭДС индукции во вторичной обмотке. Переменный магнитный поток $\Phi$, проходя через вторичную обмотку с числом витков $N_2$, изменяется со временем. Согласно закону Фарадея для электромагнитной индукции, в каждом витке вторичной обмотки индуцируется электродвижущая сила (ЭДС). Суммарная ЭДС индукции $\mathcal{E}_2$ во всей вторичной обмотке пропорциональна скорости изменения магнитного потока и числу витков: $\mathcal{E}_2 = -N_2 \frac{d\Phi}{dt}$. Эта ЭДС также является переменной, повторяя по форме изменения тока в первичной цепи.

4. Передача энергии нагрузке. Если к выводам вторичной обмотки подключена нагрузка (например, резистор), то под действием индуцированной ЭДС $\mathcal{E}_2$ в цепи вторичной обмотки возникает переменный ток $I_2$. Этот ток, протекая через нагрузку, совершает работу, то есть передает ей энергию. Мощность, выделяемая на нагрузке, равна $P_2 = U_2 I_2$, где $U_2$ – напряжение на нагрузке, которое в идеальном трансформаторе близко к ЭДС $\mathcal{E}_2$.

Таким образом, энергия от источника питания преобразуется в энергию переменного магнитного поля в сердечнике, а затем эта энергия магнитного поля снова преобразуется в электрическую энергию в цепи вторичной обмотки, которая и поступает к нагрузке.

Ответ: Энергия от источника в первичной цепи передается нагрузке во вторичной цепи через переменное магнитное поле. Переменный ток в первичной обмотке создает переменный магнитный поток в сердечнике трансформатора. Этот переменный магнитный поток, пронизывая вторичную обмотку, индуцирует в ней переменную ЭДС согласно закону электромагнитной индукции. Индуцированная ЭДС создает ток во вторичной цепи, который передает энергию нагрузке.