Номер 21.50, страница 111 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 21. Электромагнитная индукция. Производство и передача электроэнергии - номер 21.50, страница 111.

Условие.

21.50. Что может произойти, если случайно подключить трансформатор к источнику постоянного тока?

Решение.

Решение

Трансформатор — это устройство, работающее на принципе электромагнитной индукции, и он предназначен исключительно для работы в цепях переменного тока. Для его функционирования необходимо, чтобы магнитный поток, пронизывающий обмотки, постоянно изменялся. Переменный ток в первичной обмотке создает такой изменяющийся магнитный поток.

При подключении трансформатора к источнику постоянного тока произойдут следующие явления:

1. Постоянный ток, протекая через первичную обмотку, создаст в сердечнике постоянный, не изменяющийся во времени магнитный поток. Поскольку изменение магнитного потока со временем равно нулю ($\frac{d\Phi}{dt} = 0$), то согласно закону Фарадея, электродвижущая сила (ЭДС) во вторичной обмотке индуцироваться не будет ($\mathcal{E} = -N \frac{d\Phi}{dt} = 0$). Это означает, что трансформатор не будет преобразовывать напряжение, и на его выходе будет нулевое напряжение (за исключением короткого всплеска в момент подключения).

2. В цепи переменного тока сила тока в первичной обмотке ограничивается её полным сопротивлением (импедансом), которое включает в себя как активное сопротивление провода $\text{R}$, так и значительное индуктивное сопротивление $X_L = \omega L$. Для постоянного тока частота $\omega$ равна нулю, следовательно, индуктивное сопротивление $X_L$ также будет равно нулю. В результате единственным препятствием для тока останется очень малое активное сопротивление медной обмотки $\text{R}$.

3. Согласно закону Ома, сила тока $\text{I}$ в первичной обмотке будет определяться как $I = \frac{U}{R}$. Поскольку сопротивление $\text{R}$ очень мало, ток достигнет очень большой величины, что эквивалентно режиму короткого замыкания.

4. Протекание очень большого тока вызовет интенсивное выделение тепла в первичной обмотке в соответствии с законом Джоуля-Ленца ($Q = I^2 R t$). Это приведёт к быстрому перегреву, плавлению изоляции проводов и, как следствие, к сгоранию обмотки. Это может необратимо повредить трансформатор, а также источник питания, и создать риск возгорания.

Ответ: При подключении трансформатора к источнику постоянного тока он не будет работать (напряжение на вторичной обмотке будет равно нулю), а его первичная обмотка быстро перегреется и сгорит из-за очень большого тока, возникающего в условиях, близких к короткому замыканию.