Номер 4, страница 181 - гдз по физике 9 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 3. Электромагнитные явления. Параграф 41. Трансформатор. Задание 37 - номер 4, страница 181.

Условие.

4*. Почему сердечник трансформатора собран из пластин, а не сделан из целого куска металла?

Решение.

Сердечник трансформатора собирают из набора тонких, изолированных друг от друга пластин, а не из цельного куска металла, для уменьшения потерь энергии, вызываемых вихревыми токами (также известными как токи Фуко).

Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. Переменный ток, протекающий по первичной обмотке, создает в магнитопроводе (сердечнике) переменный магнитный поток. Этот переменный магнитный поток, в свою очередь, индуцирует электродвижущую силу (ЭДС) не только во вторичной обмотке, но и в самом материале сердечника, так как он является проводником.

Если бы сердечник был изготовлен из сплошного (цельного) куска металла, то под действием индуцированной ЭДС в его объеме возникали бы значительные замкнутые электрические токи. Эти токи, называемые вихревыми, протекая по материалу сердечника с низким сопротивлением, приводили бы к его сильному нагреву в соответствии с законом Джоуля-Ленца ($Q = I^2 \cdot R \cdot t$). Этот нагрев является бесполезной потерей энергии, что значительно снижает коэффициент полезного действия (КПД) трансформатора.

Чтобы минимизировать эти потери, сердечник изготавливают из тонких листов электротехнической стали (толщиной обычно 0.1-0.5 мм). Каждый лист покрыт тонким слоем изоляционного материала (например, лака или оксидной пленки). При сборке сердечника эти листы располагаются так, чтобы их плоскости были параллельны направлению магнитного потока.

Такая слоистая (ламинированная) конструкция препятствует протеканию вихревых токов через весь объем сердечника. Изоляционные слои разрывают возможные пути для больших вихревых токов, заставляя их замыкаться в пределах каждой отдельной тонкой пластины. Поскольку площадь контуров для этих токов становится очень маленькой, а общее сопротивление на их пути — большим, их величина резко уменьшается. Мощность потерь на вихревые токи пропорциональна квадрату толщины пластин, поэтому их утоньшение является очень эффективным методом борьбы с потерями.

Таким образом, сборка сердечника из изолированных пластин — это ключевое инженерное решение, позволяющее существенно сократить потери энергии на вихревые токи и, как следствие, повысить эффективность трансформатора.

Ответ: Сердечник трансформатора собирают из тонких, изолированных друг от друга пластин, чтобы уменьшить вихревые токи (токи Фуко), которые индуцируются в металлическом сердечнике переменным магнитным полем. Если бы сердечник был цельным, вихревые токи были бы очень сильными, вызывая значительный нагрев и большие потери энергии, что снизило бы КПД трансформатора. Разделение сердечника на изолированные пластины резко увеличивает сопротивление на пути вихревых токов и ограничивает их, тем самым минимизируя потери энергии.