Номер 2, страница 81 - гдз по физике 8 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 3. Электромагнитные явления. Самостоятельные работы. СР-62. Передача электрической энергии. Вариант 1 - номер 2, страница 81.

Условие.

2. Каково назначение трансформатора?

Решение.

2. Трансформатор — это статическое (не имеющее движущихся частей) электромагнитное устройство, основное назначение которого заключается в преобразовании переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения при сохранении его частоты. Это преобразование происходит с очень высоким коэффициентом полезного действия (КПД), часто превышающим 99%.

Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. Он состоит из двух (или более) обмоток, намотанных на общий магнитопровод (сердечник). Обмотка, подключенная к источнику переменного тока, называется первичной, а обмотка, к которой подключается нагрузка, — вторичной. Переменный ток в первичной обмотке создает в сердечнике переменный магнитный поток, который, в свою очередь, индуцирует электродвижущую силу (ЭДС) во всех обмотках, включая вторичную.

Соотношение напряжений на обмотках в идеальном трансформаторе (без потерь) практически равно соотношению числа витков в них:

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

где $U_1$ и $U_2$ — напряжение на первичной и вторичной обмотках, а $N_1$ и $N_2$ — число витков в них соответственно.

• Если число витков вторичной обмотки больше, чем первичной ($N_2 > N_1$), напряжение на ней будет выше, и такой трансформатор называется повышающим.
• Если число витков вторичной обмотки меньше, чем первичной ($N_2 < N_1$), напряжение на ней будет ниже, и такой трансформатор называется понижающим.

Так как мощность в идеальном трансформаторе сохраняется ($P_1 = P_2$), то при преобразовании напряжения сила тока изменяется в обратной пропорции:

$\frac{I_2}{I_1} \approx \frac{N_1}{N_2}$

Таким образом, повышая напряжение, трансформатор одновременно понижает силу тока, и наоборот. Это свойство определяет ключевые области применения трансформаторов.

Основные функции и области применения трансформатора:

1. Передача и распределение электроэнергии. Это важнейшее применение. Для минимизации потерь энергии при передаче на большие расстояния ($P_{потерь} = I^2 \cdot R$) напряжение, вырабатываемое на электростанциях, повышают до сотен киловольт. Это позволяет значительно снизить силу тока. Вблизи потребителей напряжение понижают до безопасных и стандартных значений (например, 220 В или 380 В) с помощью понижающих трансформаторов на подстанциях.
2. Электроника и бытовая техника. В блоках питания практически всех электронных устройств (компьютеров, телевизоров, зарядных устройств для телефонов) используются маломощные понижающие трансформаторы для преобразования сетевого напряжения в низкие напряжения, необходимые для работы электронных схем.
3. Гальваническая развязка. Трансформатор обеспечивает электрическую изоляцию между первичной и вторичной цепями, так как они связаны только общим магнитным полем. Это повышает безопасность (защита от поражения электрическим током) и позволяет защитить чувствительную аппаратуру от помех в питающей сети.
4. Согласование сопротивлений. В радиотехнике и аудиотехнике трансформаторы применяют для согласования выходного сопротивления одного устройства (например, усилителя) с входным сопротивлением другого (например, динамика) для обеспечения передачи максимальной мощности сигнала.
5. Измерительные трансформаторы. Специальные трансформаторы тока и напряжения используются в высоковольтных сетях для безопасного подключения стандартных измерительных приборов (амперметров, вольтметров, счетчиков энергии).

Ответ: Основное назначение трансформатора — преобразование (повышение или понижение) напряжения переменного тока для его эффективной передачи, распределения и использования в различных электрических и электронных устройствах. Дополнительными важными функциями являются обеспечение гальванической развязки цепей и согласование сопротивлений.