Номер 1, страница 208 - гдз по физике 8 класс учебник Изергин

Глава IV. Электромагнитные явления. Параграф 37. Трансформатор. Передача электрической энергии на расстояние - номер 1, страница 208.

Условие.

1. Для чего служит трансформатор?

Решение.

Трансформатор — это статическое (не имеющее движущихся частей) электромагнитное устройство, которое преобразует переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения при сохранении его частоты. Основная функция трансформатора — изменять (повышать или понижать) напряжение в электрической цепи переменного тока.

Принцип его работы основан на явлении электромагнитной индукции. Трансформатор состоит как минимум из двух изолированных проволочных обмоток — первичной и вторичной — намотанных на общий магнитопровод (сердечник). При подаче переменного напряжения на первичную обмотку, протекающий по ней ток создает в сердечнике переменный магнитный поток. Этот поток, пронизывая витки вторичной обмотки, индуцирует в ней электродвижущую силу (ЭДС), то есть создает на ее выводах новое переменное напряжение.

В идеальном трансформаторе (без учета потерь) отношение напряжений на первичной ($U_1$) и вторичной ($U_2$) обмотках равно отношению числа витков в этих обмотках ($n_1$ и $n_2$ соответственно). Это отношение называется коэффициентом трансформации ($\text{k}$):

$ \frac{U_1}{U_2} = \frac{n_1}{n_2} = k $

В зависимости от значения коэффициента трансформации различают:

— Повышающие трансформаторы: число витков во вторичной обмотке больше, чем в первичной ($n_2 > n_1$), что приводит к увеличению напряжения ($U_2 > U_1$).

— Понижающие трансформаторы: число витков во вторичной обмотке меньше, чем в первичной ($n_2 < n_1$), что приводит к уменьшению напряжения ($U_2 < U_1$).

Мощность в идеальном трансформаторе остается неизменной, то есть мощность на входе равна мощности на выходе ($P_1 = P_2$). Поскольку мощность определяется как $P = U \cdot I$, при увеличении напряжения сила тока во вторичной обмотке уменьшается, и наоборот:

$ \frac{U_1}{U_2} = \frac{I_2}{I_1} $

Благодаря этому свойству трансформаторы нашли широкое применение:

— В энергетике: для передачи электроэнергии на большие расстояния. На электростанциях напряжение повышают до сотен киловольт для минимизации потерь в линиях электропередачи, а затем понижают на подстанциях до бытовых значений (например, 220 В).

— В блоках питания: для понижения сетевого напряжения до безопасных низких значений, необходимых для работы бытовой техники и электроники (компьютеров, телевизоров, зарядных устройств).

— В сварочных аппаратах: для получения очень большого тока при низком напряжении, необходимого для сварки.

— В измерительной технике: для безопасного измерения высоких напряжений и больших токов путем их пропорционального уменьшения до значений, приемлемых для измерительных приборов.

— Для гальванической развязки: для электрической изоляции одной части схемы от другой в целях безопасности.

Ответ: Трансформатор служит для преобразования (повышения или понижения) напряжения переменного тока, что необходимо для эффективной передачи электроэнергии на большие расстояния, а также для питания различных электрических и электронных устройств.