Номер 4, страница 39, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 8. Электромагнитные колебания и волны. Параграф 71. Передача электрической энергии. Трансформатор. Вопросы и задания - номер 4, страница 39.

Условие.

4. В чём заключается различие режима холостого хода и режима нагрузки работы трансформатора?

Решение.

Различие между режимом холостого хода и режимом нагрузки трансформатора заключается в состоянии его вторичной цепи и, как следствие, в протекающих процессах.

Режим холостого хода

Этот режим наступает, когда первичная обмотка трансформатора подключена к источнику переменного тока, а вторичная обмотка разомкнута, то есть к ней не подключена никакая нагрузка.
• В цепи вторичной обмотки ток отсутствует, так как цепь не замкнута: $I_2 = 0$.
• По первичной обмотке протекает небольшой ток холостого хода $I_0$, который создает в сердечнике переменный магнитный поток. Этот ток обычно составляет 2–5 % от номинального тока трансформатора.
• Мощность, потребляемая трансформатором от сети, очень мала и идет в основном на покрытие потерь в сердечнике (потери на гистерезис и на вихревые токи). Потери в медной обмотке ($I_0^2 \cdot R_1$) пренебрежимо малы.
• В этом режиме трансформатор не передает полезную мощность потребителю. Режим холостого хода используется для определения таких характеристик трансформатора, как коэффициент трансформации и потери в стали.

Режим нагрузки

Этот режим наступает, когда к выводам вторичной обмотки подключен потребитель электроэнергии (нагрузка), и в ней возникает ток.
• Во вторичной обмотке течет ток $I_2$, величина которого зависит от сопротивления нагрузки.
• Ток $I_2$ создает в сердечнике собственный магнитный поток, который, согласно правилу Ленца, направлен навстречу основному магнитному потоку, созданному первичной обмоткой. Это приводит к ослаблению результирующего магнитного потока.
• Уменьшение магнитного потока вызывает снижение противо-ЭДС в первичной обмотке. В результате ток в первичной обмотке $I_1$ возрастает, чтобы своим магнитным действием скомпенсировать размагничивающий эффект тока $I_2$.
• В режиме нагрузки трансформатор передает энергию от источника к потребителю. Чем больше нагрузка (т.е. чем больше ток $I_2$), тем больше ток $I_1$ потребляется из сети.
• Общие потери мощности в трансформаторе складываются из потерь в стали (они практически не изменяются) и потерь в меди (в обмотках), которые пропорциональны квадратам токов: $P_{потерь} = P_{стали} + I_1^2 R_1 + I_2^2 R_2$.

Ответ: Основное различие заключается в том, что в режиме холостого хода вторичная цепь трансформатора разомкнута, ток в ней равен нулю и мощность потребителю не передается, а в режиме нагрузки вторичная цепь замкнута на потребителя, в ней протекает ток, и трансформатор передает мощность от первичной цепи ко вторичной. Это приводит к разным значениям токов в обмотках и разной величине потерь энергии: в режиме холостого хода ток в первичной обмотке мал и потери определяются в основном свойствами сердечника, а в режиме нагрузки токи в обеих обмотках значительны и к потерям в сердечнике добавляются существенные потери в обмотках.