Номер 3, страница 64, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 8. Электромагнитные колебания и волны. Параграф 78. Исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 3, страница 64.

Условие.

• Для чего нужны трансформаторы.

Решение.

Трансформатор — это статическое (не имеющее движущихся частей) электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения при неизменной частоте. Его работа основана на явлении электромагнитной индукции.

Основной принцип работы заключается в следующем: на первичную обмотку с числом витков $N_1$ подается переменное напряжение $U_1$. Протекающий по ней переменный ток создает в магнитопроводе (сердечнике) переменный магнитный поток. Этот магнитный поток, пронизывая витки вторичной обмотки с числом витков $N_2$, индуцирует в ней электродвижущую силу (ЭДС) и, соответственно, напряжение $U_2$. Для идеального трансформатора (без потерь) отношение напряжений равно отношению числа витков в обмотках:

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

где $\text{k}$ – коэффициент трансформации. Если $k > 1$, трансформатор является повышающим, если $k < 1$ — понижающим.

Основные сферы применения трансформаторов:

1. Передача и распределение электроэнергии. Это ключевое применение. Электроэнергия вырабатывается на электростанциях при относительно невысоком напряжении, затем с помощью повышающих трансформаторов его увеличивают до сотен тысяч вольт для передачи на большие расстояния. Это делается для минимизации потерь мощности в линиях электропередач, так как потери пропорциональны квадрату силы тока ($P_{потерь} = I^2 \cdot R$). При высоком напряжении для передачи той же мощности требуется меньший ток. Перед подачей потребителям напряжение многократно понижается с помощью понижающих трансформаторов на подстанциях до безопасных и стандартных значений (например, 220 В).

2. Электроника и бытовая техника. В блоках питания практически всех электронных устройств (компьютеры, телевизоры, зарядные устройства) используются маломощные трансформаторы для понижения сетевого напряжения до низких значений (например, 5 В, 12 В, 24 В), необходимых для питания электронных схем. Кроме того, трансформаторы обеспечивают гальваническую развязку, то есть электрическую изоляцию цепей устройства от опасного сетевого напряжения, что повышает безопасность.

3. Измерительная техника. Специальные измерительные трансформаторы (трансформаторы тока и трансформаторы напряжения) применяются в высоковольтных сетях для безопасного измерения больших токов и высоких напряжений стандартными измерительными приборами. Они понижают ток и напряжение до безопасных для приборов и персонала значений.

4. Сварочные аппараты. Сварочные трансформаторы предназначены для получения большого сварочного тока (сотни ампер) при низком напряжении, необходимого для зажигания и поддержания электрической дуги.

5. Согласование сопротивлений (импедансов). В радиотехнике и аудиотехнике трансформаторы используются для согласования выходного сопротивления одного каскада схемы (например, усилителя) с входным сопротивлением другого (например, динамика). Это обеспечивает передачу максимальной мощности от источника к нагрузке.

Таким образом, трансформаторы играют фундаментальную роль в современной электроэнергетике и электронике, обеспечивая эффективную и безопасную работу электрических сетей и множества устройств.

Ответ: Трансформаторы нужны для повышения или понижения напряжения переменного тока с целью эффективной передачи электроэнергии на большие расстояния, для обеспечения работы электронных устройств и бытовой техники, для безопасных измерений в высоковольтных цепях, а также для специальных применений, таких как сварка и согласование сопротивлений в различных схемах.