Номер 2, страница 181 - гдз по физике 9 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 3. Электромагнитные явления. Параграф 41. Трансформатор. Задание 37 - номер 2, страница 181.

Условие.

2. Какие потери энергии происходят при работе трансформатора?

Решение.

Решение

При работе реального трансформатора происходят различные виды потерь энергии, из-за которых его коэффициент полезного действия (КПД) всегда меньше 100%. Основные потери можно разделить на следующие категории:

1. Электрические потери в обмотках (медные потери)
Эти потери обусловлены наличием активного сопротивления у проводов первичной и вторичной обмоток. При протекании тока по обмоткам, в соответствии с законом Джоуля-Ленца, выделяется теплота. Мощность этих потерь рассчитывается по формуле $P_{Cu} = I_1^2 R_1 + I_2^2 R_2$, где $I_1, I_2$ – токи в обмотках, а $R_1, R_2$ – их сопротивления. Эти потери напрямую зависят от нагрузки трансформатора (от квадрата тока). Для их уменьшения обмотки изготавливают из материалов с низким удельным сопротивлением (медь, алюминий) и увеличивают площадь поперечного сечения провода.
Ответ: Энергия теряется на нагрев обмоток электрическим током из-за их сопротивления.

2. Магнитные потери в сердечнике (потери в стали)
Эти потери происходят в стальном сердечнике трансформатора и практически не зависят от нагрузки. Они делятся на два основных вида:
а) Потери на гистерезис. Вызваны циклическим перемагничиванием сердечника переменным магнитным полем. На каждый цикл перемагничивания затрачивается энергия, которая выделяется в виде тепла. Для снижения этих потерь сердечники изготавливают из магнитомягких материалов (например, электротехнической стали) с узкой петлей гистерезиса.
б) Потери на вихревые токи (токи Фуко). Переменное магнитное поле индуцирует в проводящем материале сердечника вихревые токи. Эти токи, замыкаясь в толще металла, нагревают его, вызывая потери энергии. Для уменьшения потерь на вихревые токи сердечник собирают из тонких, изолированных друг от друга лаком или оксидной плёнкой, пластин.
Ответ: Энергия теряется на циклическое перемагничивание сердечника и на его нагрев индуцированными вихревыми токами.

3. Потери на рассеяние магнитного потока
В идеальном трансформаторе весь магнитный поток, созданный первичной обмоткой, замыкается через сердечник и сцепляется со вторичной обмоткой. В реальном трансформаторе часть магнитного потока (поток рассеяния) замыкается через воздух, минуя вторичную обмотку. Этот поток не участвует в передаче энергии и представляет собой потерю.
Ответ: Часть созданного магнитного поля не участвует в передаче энергии между обмотками.

4. Диэлектрические потери
Возникают в изоляционных материалах трансформатора (изоляция обмоток, картон, трансформаторное масло) под действием переменного электрического поля. Они вызывают незначительный нагрев изоляции. В силовых трансформаторах эти потери обычно очень малы по сравнению с медными и стальными потерями, и ими часто пренебрегают.
Ответ: Энергия теряется на нагрев изоляционных материалов переменным электрическим полем.

5. Механические потери
Под действием переменных магнитных сил пластины сердечника и витки обмоток вибрируют. Это явление (в частности, магнитострикция — изменение размеров сердечника в магнитном поле) вызывает характерный гул работающего трансформатора. Энергия, идущая на создание этих вибраций и звука, является механической потерей. Эти потери также очень малы.
Ответ: Энергия преобразуется в энергию механических вибраций и звука (гула) конструктивных элементов трансформатора.