Номер 17.32, страница 110 - гдз по физике 8-11 класс учебник, задачник Гельфгат, Генденштейн

Задачи. Электричество и магнетизм. 17. Электромагнитные колебания и волны. Переменный ток - номер 17.32, страница 110.

Условие.

17.32*. Разборный школьный трансформатор включен в сеть. Ко вторичной обмотке подключают нагрузку, при этом сила тока в первичной обмотке возрастает незначительно. Как изменится сила тока в первичной и вторичной обмотках при удалении верхней части сердечника (см. рисунок)?

Решение.

Решение 2.

Решение

Работа трансформатора основана на явлении электромагнитной индукции. Переменный ток в первичной обмотке создает в сердечнике переменный магнитный поток. Этот поток индуцирует ЭДС (электродвижущую силу) как в первичной (самоиндукция), так и во вторичной обмотках.

Изменение силы тока в первичной обмотке

Первичная обмотка подключена к сети с практически постоянным напряжением $U_1$. Индуцируемая в ней ЭДС самоиндукции $E_1$ почти полностью уравновешивает напряжение сети. Величина $E_1$ пропорциональна скорости изменения магнитного потока $\Phi$, и для стабильной работы должно выполняться условие $E_1 \approx U_1$.

Сердечник из ферромагнитного материала (трансформаторной стали) имеет высокую магнитную проницаемость, что позволяет создавать необходимый магнитный поток при очень малом токе намагничивания (токе холостого хода).

При удалении верхней части сердечника магнитная цепь размыкается. Магнитное сопротивление цепи резко возрастает, так как магнитный поток теперь должен проходить через воздушный зазор, магнитная проницаемость которого многократно ниже. Чтобы сохранить величину магнитного потока $\Phi$ (и, соответственно, ЭДС $E_1 \approx U_1$) на прежнем уровне, необходимо значительно увеличить намагничивающую силу, то есть ток в первичной обмотке.

С точки зрения электрических цепей, индуктивность первичной обмотки $L_1$ резко уменьшается при размыкании сердечника. Это приводит к уменьшению её индуктивного сопротивления $X_{L1} = \omega L_1$. Так как напряжение $U_1$ постоянно, согласно закону Ома для участка цепи ($I_1 \approx U_1/X_{L1}$), сила тока в первичной обмотке должна значительно возрасти.

Ответ: Сила тока в первичной обмотке значительно возрастет.

Изменение силы тока во вторичной обмотке

ЭДС, индуцируемая во вторичной обмотке, $E_2$, пропорциональна скорости изменения магнитного потока, который пронизывает витки именно этой обмотки, $\Phi_2$. В трансформаторе с замкнутым сердечником практически весь магнитный поток является общим для обеих обмоток ($\Phi_1 \approx \Phi_2$), что обеспечивает эффективную передачу энергии.

Когда сердечник размыкается, значительно увеличивается рассеяние магнитного потока. Это означает, что лишь часть магнитного потока, создаваемого первичной обмоткой, будет проходить через вторичную. Магнитная связь между обмотками ослабевает, и магнитный поток $\Phi_2$ через вторичную обмотку уменьшается.

Уменьшение магнитного потока $\Phi_2$ приводит к уменьшению индуцируемой в ней ЭДС $E_2$. Поскольку нагрузка во вторичной цепи имеет постоянное сопротивление $R_{нагр}$, сила тока в ней, определяемая по закону Ома $I_2 = E_2/R_{нагр}$, также уменьшится.

Ответ: Сила тока во вторичной обмотке уменьшится.