Номер 1828, 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 1828, страница 216.

Решение.

Железный сердечник в трансформаторе используется для концентрации и усиления магнитного потока, создаваемого первичной обмоткой, и для его направления через вторичную обмотку. Это возможно благодаря тому, что железо является ферромагнетиком — материалом с очень высокой магнитной проницаемостью ($\mu \gg \mu_0$, где $\mu_0$ — магнитная постоянная). Высокая магнитная проницаемость обеспечивает почти полную передачу магнитного потока от первичной обмотки к вторичной, что делает трансформатор эффективным.

Алюминий, в свою очередь, является парамагнетиком. Его относительная магнитная проницаемость $\mu_r$ лишь незначительно превышает единицу ($\mu_r \approx 1,000022$). Это означает, что магнитная проницаемость алюминия практически такая же, как у воздуха или вакуума ($\mu_{Al} \approx \mu_0$).

При замене железного сердечника на алюминиевый произойдут следующие изменения:

1. Резко уменьшится магнитная связь между обмотками. Алюминиевый сердечник не сможет концентрировать магнитный поток. Большая часть силовых линий магнитного поля, созданного первичной обмоткой, будет рассеиваться в окружающем пространстве, не проходя через витки вторичной обмотки.

2. Значительно снизится ЭДС индукции во вторичной обмотке. Электродвижущая сила (ЭДС), индуцируемая во вторичной обмотке, пропорциональна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего её: $\mathcal{E}_2 = -N_2 \frac{d\Phi}{dt}$. Поскольку магнитный поток $\Phi$ станет во много раз меньше, выходное напряжение на вторичной обмотке упадёт практически до нуля. Трансформатор перестанет выполнять свою основную функцию — преобразовывать напряжение.

3. Увеличатся потери энергии. Алюминий является хорошим проводником электрического тока. В сплошном алюминиевом сердечнике переменное магнитное поле будет индуцировать значительные вихревые токи (токи Фуко). Эти токи будут вызывать сильный нагрев сердечника (джоулевы потери), что приведет к резкому падению коэффициента полезного действия (КПД) трансформатора.

Таким образом, замена железного сердечника на алюминиевый сделает трансформатор крайне неэффективным и практически неработоспособным.

Ответ: При замене железного сердечника на алюминиевый магнитный поток, связывающий первичную и вторичную обмотки, резко уменьшится. В результате напряжение на вторичной обмотке упадет практически до нуля, а потери энергии на вихревые токи значительно возрастут. Трансформатор фактически перестанет работать.