Номер 1827, страница 216 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Перышкин

9 класс. Электромагнитное поле и электромагнитные волны. 64. Явление электромагнитной индукции. Самоиндукция. Переменный ток. Передача электрической энергии. Трансформатор - номер 1827, страница 216.

Решение.

Решение

Работа трансформатора основана на явлении электромагнитной индукции. Соотношение напряжений на первичной ($U_1$) и вторичной ($U_2$) обмотках в идеальном трансформаторе с замкнутым сердечником определяется соотношением числа витков в них ($N_1$ и $N_2$):

$ \frac{U_2}{U_1} = \frac{N_2}{N_1} $

Это соотношение справедливо, когда практически весь магнитный поток, создаваемый первичной обмоткой, пронизывает вторичную. Железный (ферромагнитный) сердечник как раз и служит для концентрации магнитного потока внутри себя и минимизации его рассеяния, что обеспечивает эффективную передачу энергии.

Если железный сердечник вынуть

При удалении железного сердечника его заменит воздух. Магнитная проницаемость воздуха в тысячи раз меньше, чем у железа. Это приведет к тому, что магнитная связь между обмотками резко ослабнет. Большая часть магнитного потока, создаваемого первичной катушкой, будет рассеиваться в окружающем пространстве, не достигая вторичной обмотки. Вследствие сильного рассеяния потока напряжение на вторичной обмотке $U_2$ станет значительно меньше, чем в трансформаторе с сердечником. Следовательно, соотношение напряжений $ \frac{U_2}{U_1} $ сильно уменьшится и перестанет определяться только соотношением витков.

Ответ: Да, соотношение изменится. Напряжение на вторичной обмотке резко упадет из-за сильного рассеяния магнитного потока, и коэффициент трансформации станет значительно меньше соотношения витков.

Если вместо железного сердечника вставить медный

Медь является диамагнетиком, и её магнитные свойства близки к свойствам воздуха, поэтому эффект рассеяния магнитного потока будет таким же сильным. Однако ключевое отличие меди в том, что она является отличным электрическим проводником. Переменный магнитный поток от первичной обмотки будет индуцировать в сплошном медном сердечнике мощные вихревые токи (токи Фуко). Согласно правилу Ленца, магнитное поле этих токов будет направлено против основного магнитного потока, практически полностью его компенсируя (экранируя). В результате магнитный поток, пронизывающий вторичную обмотку, станет ничтожно малым, а напряжение $U_2$ на ней упадет почти до нуля. Трансформатор будет работать неэффективно, потребляя большой ток и сильно нагреваясь.

Ответ: Да, соотношение изменится. Напряжение на вторичной обмотке станет практически равным нулю из-за экранирующего действия вихревых токов, возникающих в медном сердечнике.