Получение переменного тока

ГЛАВА ВОСЬМАЯ. ОДНОФАЗНЫЙ ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК

§ 57. ПОЛУЧЕНИЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

В начальной стадии развития электротехники применяли исключительно постоянный ток. В настоящее время преимущественное распространение получил переменный ток.

Постоянный ток, необходимый в промышленности на электрифицированном транспорте, в электросвязи и т. д., в большинстве случаев получают путем выпрямления переменного тока. Преимуществами переменного тока являются: возможность трансформации и передачи на далекие расстояния, более простое устройство генераторов переменного тока, более простые в устройстве и надежные в эксплуатации электродвигатели переменного тока и т. д.

Рассмотрим принцип получения переменного тока в результате преобразования механической энергии в электрическую.

Пусть имеется однородное магнитное поле, образованное между полюсами N — 8 электромагнита (рис. 120, а). Внутри поля под действием посторонней силы вращается по окружности в сторону движения часовой стрелки металлический прямолинейный проводник. Как известно, пересечение проводником магнитных линий приведет к появлению в проводнике индуктированной з. д. с.

Величина этой э. д. с, как было указано ранее, зависит от величины магнитной индукции В, активной длины проводника l, скорости пересечения проводником магнитных линий v и синуса угла α между направлением движения проводника и направлением магнитного поля:

Разложим окружную скорость v на две составляющие — нормальную и тангенциальную по отношению к направлению магнитной индукции В, как было показано в § 45. Нормальная составляющая скорости v_n обусловливает наводимую э. д. с. индукции и равна

Тангенциальная составляющая скорости v₁ не принимает участия в создании индуктированной э. д. с. и равна

при α = 90° нормальная составляющая скорости

т. е. в этом случае нормальная составляющая скорости имеет максимальное значение. Такое же значение имеет в этот момент величина индуктированной э. д. с. в проводнике

откуда общее выражение для э. д. с. в проводнике будет

При движении проводник будет занимать различные положения. На чертеже положения проводника даны через каждые 45° угла поворота. Рассматривая отдельные положения проводника, мы видим, что угол пересечения а меняется и, кроме того, при переходе проводника через нейтральную линию направление индуктированной э. д. с, определяемое по правилу правой руки, также меняется.

За один полный оборот проводника э. д. с. в нем сначала увеличивается от нуля до максимального значения (+Е_М), затем уменьшается до нуля и, изменив свое направление, вновь увеличивается до максимального значения (— Е_м) и вновь уменьшается до нуля. При дальнейшем движении проводника указанные изменения э. д. с. будут повторяться.

Для наглядного представления о ходе изменения индуктированной э. д. с. в проводнике воспользуемся графическим методом. Проведем две взаимно перпендикулярные оси (рис. 120, б). На горизонтальной оси в одном масштабе отложим углы поворота проводника, а на вертикальной в другом масштабе — величину э. д. с, индуктированную в проводнике в каждый момент времени. Если э. д. с, индуктированную в проводнике при прохождении его под южным полюсом, считать положительной и откладывать от горизонтальной оси вверх, то э. д. с, индуктированную в проводнике при прохождении его под северным полюсом, следует считать отрицательной и откладывать от горизонтальной оси вниз. Приведя затем через концы отрезков, изображающих в масштабе величины э. д. с, непрерывную линию, получим кривую, называемую синусоидой. При помощи кривой мы можем легко определить величину э. д. с. в любой момент времени. Для этого на горизонтальной оси откладываем интересующий нас угол поворота

проводника от начального положения. Затем от этой точки восставляем перпендикуляр. Отрезок, заключенный между точками пересечения перпендикуляра с кривой и горизонтальной осью, будет в масштабе выражать величину индуктированной э. д. с. в проводнике в этот момент времени.

В нашем примере проводник вращался в однородном магнитном поле. В проводнике индуктировалась переменная э. д. с, изменяющаяся по закону синуса. Такая э. д. с. называется синусоидальной.

В дальнейшем мы увидим, что электротехника предпочитает пользоваться переменными величинами, изменяющимися по синусоидальному закону.

Устройство, показанное на рис. 121, позволяет снимать и отводить во внешнюю цепь переменную э. д. с. Согнутый в виде рамки проводник вращается в магнитном поле с постоянной скоростью а под действием посторонней силы. Концы рамки присоединены к двум медным кольцам 3 и 4, на которых наложены две угольные щетки 5 и б. Во внешней цепи будет протекать изменяющийся по величине и направлению ток. Такой ток называется переменным в отличие от постоянного, который дают гальванические элементы и аккумуляторы. Переменный ток на электрических схемах принято обозначать условным знаком

В создании индуктированной э. д. с. будут участвовать не все стороны рамки, а лишь те, которые пересекают магнитные линии. Эти стороны называются активными сторонами (на рис. 121 они обозначены цифрами 1 и 2).

Недостатком рассмотренного выше устройства является трудность создания однородного магнитного поля и большое магнитное сопротивление магнитному потоку, который значительный путь проходит по воздуху.

В конструкциях электрических машин между полюсами электромагнита помещают стальной барабан, в пазы которого укладывают проводники обмотки. Такая конструкция машины представлена на рис. 122. Магнитным линиям в этом случае приходится проходить по воздуху короткий путь между сталью полюсов и барабана. Магнитные линии, проходя воздушный промежуток, будут входить в барабан в радиальном направлении и в таком же направлении будут выходить из него, чтобы попасть в другой полюс. В этом случае направление окружной скорости в каждый момент перпендикулярно направлению магнитных линий, т. е. скорость будет все время v = v_n, α = 90°.

Для получения индуктированной э. д. с. в генераторах безразлично, будет ли движущийся проводник пересекать неподвижное магнитное поле или движущееся поле будет пересекать неподвижный проводник. В рассмотренной конструкции обмотка, где индуктировалась переменная э. д. с, размещалась на вращающейся части машины — роторе, а полюса располагались на неподвижной части машины — статоре. Однако для того чтобы поставить якорную обмотку переменного тока в более благоприятные условия, ее обычно располагают на статоре, а обмотку возбуждения полюсов помещают на роторе [7] . Генератор такой конструкции представлен на рис. 123.

Постоянный ток, необходимый для создания магнитного потока машины, подается в обмотку возбуждения от специального генератора-возбудителя постоянного тока, сидящего на одном валу с генератором переменного тока, или от выпрямительного устройства.

Стремление получить синусоидальную э. д. с. заставляет конструктора машины переменного тока придать такую форму полюсным наконечникам, при которой магнитная индукция (плотность магнитных линий) в воздушном зазоре изменялась бы по закону синуса:

где В_т — максимальная магнитная индукция в воздушном зазоре при α== 90°, т. е.

В этот момент э. д. с, индуктированная в проводнике, также имеет максимальное значение:

откуда общее выражение для э. д. с. в проводнике будет

[7] Обмотки переменного тока в современных генераторах рассчитываются на высокие напряжения и на весьма значительные токи. Неподвижную якорную обмотку легче изолировать и от нее проще отвести значительный ток во внешнюю цепь.

Получение переменного тока

1. Какой электрический ток называется переменным? С помощью какого простого опыта его можно получить?

Электрический ток, периодически меняющийся со временем по модулю и направлению, называется переменным током.

Переменный ток можно получить, если в катушке, замкнутой на гальванометр, периодически двигать магнит вверх и вниз.
При этом стрелка гальванометра будет периодически отклоняться от нулевого значения то в одну сторону, то в другую.
Значит, модуль силы индукционного тока и его направление периодически меняются во времени, т.е. в катушке образуется переменный ток.

Сила тока, вырабатываемого генераторами переменного тока, меняется со временем по гармоническому закону ( по закону синуса или косинуса).

2. Где используют переменный электрический ток?

В осветительной сети наших домов и во многих отраслях промышленности используется именно переменный ток.

3. На каком явлении основано действие наиболее распространенных в настоящее время генераторов переменного тока?

В настоящее время для получения переменного тока используют в основном электромеханические индукционные генераторы.
Эти устройства преобразуют механическую энергию в электрическую.
Индукционными они называются потому, что их действие основано на явлении электромагнитной индукции.

4. Как устроен и действует промышленный генератор переменноо тока?

Работа электромеханического генератора переменного тока аналогична способу получения индукционного тока в плоском контуре при вращении внутри него магнита.
Неподвижная часть генератора, аналогичная контуру, называется статором, а вращающаяся (магнит) — ротором.
В мощных промышленных генераторах вместо постоянного магнита используется электромагнит.

Статор промышленного генератора представляет собой стальной цилиндр, в его пазах витками укладывается медный провод.
При изменении пронизывающего витки магнитного потока в них индуцируется переменный электрический ток .

Магнитное поле создаётся ротором.
Чаще это электромагнит, на стальной сердечник которого надета обмотка, по которой протекает постоянный электрический ток.
Ток подводится через щётки и кольца от источника постоянного тока.

Внешняя сила вращает ротор, создаваемое им магнитное поле тоже вращается.
При этом меняется магнитный поток, пронизывающий статор.
В результате этого в обмотке статора индуцируется переменный ток.

5. Чем приводится во вращение ротор генератора на тепловой электростанции? на гидроэлектростанции?

На тепловой электростанции ротор генератора приводится во вращение паровой турбиной; на гидроэлектростанции — водяной турбиной.

На тепловых электростанциях ротор генератора вращается с помощью паровой турбины, на гидроэлектростанциях — с помощью водяной турбины.

6. Почему в гидрогенераторах используют многополюсные роторы?

Так как скорость вращения водяных турбин относительно невысока, то для создания тока стандартной частоты применяют многополюсные роторы.

Ротор гидрогенератора обычно имеет несколько пар магнитных полюсов.
Чем больше пар полюсов, тем больше частота переменного электрического тока, вырабатываемого генератором.
Так как скорость вращения водяных турбин невелика, для создания тока стандартной частоты используют многополюсные роторы.

7. Какова стандартная частота промышленного тока, применяемого в России и многих других странах?

Стандартная частота переменного тока, применяемого в промышленности и осветительной сети в России и многих других странах, равна 50 Гц.

8. По какому физическому закону можно определить потери электроэнергии в ЛЭП и за счёт чего их можно уменьшить?

Для передачи электроэнергии от электростанций в места её потребления служат линии электропередачи (ЛЭП).
Чем дальше от электростанции находится потребитель тока, тем больше потери энергии — Q.

E потребляемая = E генерируемая — Q

Уменьшение потерь электроэнергии — это важная задача экономики.
Большие потери энергии возникают из-за нагревания проводов ЛЭП.
По закону Джоуля-Ленца : Q = I 2 Rt.
Уменьшить эти потери можно за счёт уменьшения сопротивления R проводов и силы тока I в них.
Так как R = ρl/S, то провода делают из дешевых меди или алюминия, у которых малое удельное сопротивление.
Увеличивать толщину проводов экономически невыгодно.
Можно уменьшать силу тока, но при этом необходимо во столько же раз увеличить получаемое от генератора напряжение U, чтобы не снижать мощность тока Р = UI.

9. Для чего при уменьшении силы тока во столько же раз повышают его напряжение перед подачей в ЛЭП?

В ЛЭП при передаче электроэнергии на большие расстояния важно не снижать мощность тока Р = UI.
Чтобы уменьшить потери электроэнергии при передаче можно уменьшать силу тока.
Но при этом необходимо во столько же раз увеличить получаемое от генератора напряжение.
При таких преобразованиях мощность тока (Р = UI) в ЛЭП сохраняется.

10. Что такое трансформатор?

Трансформатор — это устройство, предназначенное для увеличения или уменьшения переменного напряжения и силы тока.

Трансформатор был изобретён в 1876 г. русским учёным П.Н. Яблочковым.
В основе его работы лежит явление электромагнитной индукции.

11. Как устроен трансформатор? его принцип действия?

Трансформатор состоит из двух обмоток (как минимум) и железного сердечника.
Протекающий в первичной обмотке переменный ток создаёт внутри сердечника переменное магнитное поле, которое порождает переменное электрическое поле во вторичной обмотке.
Во вторичной обмотке возникает индукционный ток, а на ее концах переменное напряжение U₂.

Величина U₂ определяется из соотношения:

При N2 > N1 трансформатор называется повышающим ( U2 > U1).
При N2 По следам «английских ученых»

Получение переменного тока

Физика-11. А. Т. Глазунов, О. Ф. Кабардин, А. Н. Малинин и др.; Под ред. А. А. Пинского.
Глава 1. Электромагнитные колебания и физические основы электротехники.
§ 4. Вынужденные электромагнитные колебания. Переменный ток (С. 14–15).

Физика-11. Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев.
Глава 2. Электромагнитные колебания.
§ 17. Переменный электрический ток (С. 37–38).

Физика. 11 класс. В. А. Касьянов.
Глава 3. Электромагнетизм.
§ 36. Генерирование переменного электрического тока (С. 131–134).

Откройте модель «Генератор переменного тока».

Вверху слева показан вращающийся виток, ниже – графики магнитного потока и ЭДС индукции. Справа вверху расположены регуляторы величины магнитного поля и частоты вращения, ниже – табло значений площади витка и ЭДС индукции. Под табло изображены переключатели магнитного потока и ЭДС индукции. Внизу справа помещены кнопки «Старт» и «Сброс» (кнопка «Старт», при нажатии сменяется кнопкой «Стоп» и служит для остановки эксперимента).

Читать еще: Замена металлических труб на полипропиленовые: способы соединения труб при замене, устранение течи, установка труб из полипропилена

Установите регулятором величины магнитного поля значение для вашего варианта (таблица 1). Внимание! Таблицу 1 перечерчивать не нужно.

Установите постоянные значения для и и выберите режим ЭДС индукции; изменяя частоту, рассчитайте значения и заполните таблицу 2.

Постройте график зависимости ЭДС индукции от частоты.

Выберите постоянными значения и ; изменяя площадь витка, рассчитайте ЭДС индукции и заполните таблицу 3.

Постройте график зависимости ЭДС индукции от площади витка.

Дополнительное задание. Рассчитайте, какое количество витков необходимо, чтобы при максимальных значениях и модели и стандартной частоте получить ЭДС индукции равным 600 В.

Внимание! Графики должны иметь размер не менее половины тетрадного листа в клеточку, графики должны быть плавными кривыми (не ломаными).

Сделайте выводы по проделанной работе.

Сбор и учет всех вариантов работы удобно производить, занося результаты в общую таблицу (начерченную на доске заранее). Донные собираются от учащихся по мере выполнения работы, оцениваются (на предмет достоверности) и обсуждаются. Графическая зависимость строится коллективно, с использованием всех результатов.

При каких условиях в витке провода возникает ЭДС индукции?
Чем определяется частота колебаний переменного тока в витке провода, вращающемся в однородном магнитном поле?
От чего зависит ЭДС индукции в витке провода, вращающемся в однородном магнитном поле?
Каким образом можно соединить выводы вращающегося витка с внешней электрической цепью?

В качестве домашнего задания для закрепления пройденного материала учащимся нужно дать несколько теоретических вопросов и расчетных задач.

К генератору переменного напряжения cos ω подключена цепь, состоящая из последовательно соединенных резистора с сопротивлением = 8 Ом и катушки с индуктивностью = 20 мГн. Круговая частота генератора ω = 300 с –1 . Найдите отношение амплитуды напряжения на резисторе к амплитуде напряжения генератора.
Последовательный -контур подключен к генератору переменного напряжения = cos ω. Индуктивность катушки = 1,6 мГн, емкость конденсатора = 4 мкФ. При каком значении круговой частоты ω генератора амплитуда напряжения на резисторе будет равна амплитуде напряжения генератора?

На рисунке изображен параллельный -контур, подключенный к генератору синусоидального напряжения = cos ω. Сопротивление резистора = 2 кОм, емкость конденсатора = 2,5 мкФ, индуктивность катушки = 4 мГн. Во сколько раз амплитуда тока в катушке будет превышать амплитуду тока , текущего через резистор, при резонансе?

Получение переменного электрического тока

Получение переменного Получение переменного электрического тока.электрического тока.

(Физика 11 класс).(Физика 11 класс).

Разработала учитель физики Разработала учитель физики МОУ СОШ № 8 г. ТюмениМОУ СОШ № 8 г. Тюмени

Жижимонтова Т.Г.Жижимонтова Т.Г.

Цели урокаЦели урока

 Сформировать понятия: переменный Сформировать понятия: переменный электрический ток, как вынужденные электрический ток, как вынужденные электромагнитные колебания, электромагнитные колебания, индукционный генератор переменного индукционный генератор переменного тока.тока.

 Развить умение сравнивать, Развить умение сравнивать, анализировать, работать с текстом.анализировать, работать с текстом.

 Воспитание интереса к явлениям Воспитание интереса к явлениям окружающего мира.окружающего мира.

Мотивация. Задачи.Мотивация. Задачи.

 Какой электрический Какой электрический ток используют для ток используют для работы приборов на работы приборов на рисунке?рисунке?

 Что представляет из Что представляет из себя переменный себя переменный электрический ток?электрический ток?

 Каковы принципы Каковы принципы получения такого получения такого тока? тока?

Переменный электрический ток Переменный электрический ток используют для работы большинства используют для работы большинства

электроприборов, для освещения, для электроприборов, для освещения, для работы оборудования на предприятияхработы оборудования на предприятиях..

 Ток называют Ток называют переменным, потому, переменным, потому, что он изменяется по что он изменяется по направлению и направлению и величине по величине по гармоническому гармоническому закону.закону.

 Частота Частота переменного тока переменного тока равна 50 Гц (в равна 50 Гц (в нашей стране).нашей стране).

 Переменный Переменный электрический ток электрический ток – это вынужденные – это вынужденные электромагнитные электромагнитные колебанияколебания

Принцип получения переменного Принцип получения переменного тока.тока.

 При вращении рамки в магнитном При вращении рамки в магнитном поле, в ней возникает переменная поле, в ней возникает переменная ЭДС, из-за явления ЭДС, из-за явления электромагнитной индукции.электромагнитной индукции.

 e = 2e = 2πνπνBSN sin 2BSN sin 2πννπννtt  22πνπνBS = EBS = Emm – амплитуда ЭДС– амплитуда ЭДС  В – индукция магнитного поля, В – индукция магнитного поля, S – S –

площадь рамки,площадь рамки, ν ν –частота –частота изменения ЭДС, е — мгновенное изменения ЭДС, е — мгновенное значение ЭДС в момент времени значение ЭДС в момент времени t. t.

 Если рамка замкнута, то в ней Если рамка замкнута, то в ней появляется переменный ток,появляется переменный ток, N N – – число витков число витков

. http://school-collection.edu.ru/catalog/search/?text=%E3%E5%ED. http://school-collection.edu.ru/catalog/search/?text=%E3%E5%ED %E5%F0%E0%F2%EE%F0+%EF%E5%F0%E5%EC%E5%ED%ED%E5%F0%E0%F2%EE%F0+%EF%E5%F0%E5%EC%E5%ED%ED

%5D=54&subject%5B%5D=30%5D=54&subject%5B%5D=30  Используя ссылку в Используя ссылку в

ЕКЦОР можно увидеть ЕКЦОР можно увидеть действующую модель действующую модель получения переменного получения переменного токатока

Если рамка расположена Если рамка расположена перпендикулярно перпендикулярно силовым линиям силовым линиям магнитного поля, то магнитного поля, то ЭДС индукции в ней ЭДС индукции в ней равна нулю. равна нулю.

 Если рамка Если рамка расположена расположена параллельно параллельно силовым линиям силовым линиям магнитного поля, то магнитного поля, то ЭДС индукции в ней ЭДС индукции в ней принимает принимает максимальное максимальное значение. значение.

Индукционный генератор переменного Индукционный генератор переменного тока – устройство для получения тока – устройство для получения переменного электрического токапеременного электрического тока

 Принцип действия генератора Принцип действия генератора основан на явлении основан на явлении электромагнитной индукции.электромагнитной индукции.

 Статор неподвижная часть Статор неподвижная часть генератора, (состоит из генератора, (состоит из сердечника и обмоток).сердечника и обмоток).

 Ротор — подвижная часть Ротор — подвижная часть генератора (электромагнит)генератора (электромагнит)

 Вал вращает ротор, Магнитное Вал вращает ротор, Магнитное поле , пронизывающее обмотки поле , пронизывающее обмотки статора меняется, в них статора меняется, в них возникает индукционный ток.возникает индукционный ток.

 Для подачи тока в обмотки Для подачи тока в обмотки ротора используют контактные ротора используют контактные кольца и щетки. кольца и щетки.

Характеристики генераторовХарактеристики генераторов

Частота изменения Частота изменения ЭДСЭДС

νν = = npnp, где , где n n – – число оборотов число оборотов ротора в секунду, ротора в секунду, pp – число пар – число пар полюсов на ротореполюсов на роторе

 На ГЭС число пар На ГЭС число пар полюсов равно 40-полюсов равно 40- 50, на ТЭС – 10-1650, на ТЭС – 10-16

 Вырабатываемое Вырабатываемое напряжение в напряжение в промышленных промышленных генераторах генераторах

 1000 – 10000 В1000 – 10000 В

Вынужденные колебания.Вынужденные колебания. механическиемеханические электромагнитныеэлектромагнитные

Наличие внешней периодически Наличие внешней периодически действующей силыдействующей силы

Надичие ЭДС, изменяющейся Надичие ЭДС, изменяющейся периодическипериодически

Частота вынужденных колебаний Частота вынужденных колебаний равна частоте вынуждающих равна частоте вынуждающих колебаний внешней силыколебаний внешней силы

Частота вынужденных колебаний Частота вынужденных колебаний равна частоте вынуждающих равна частоте вынуждающих колебаний ЭДСколебаний ЭДС

Мехду вынуждающими и Мехду вынуждающими и вынужденнымиколебаниями вынужденнымиколебаниями существует разность фазсуществует разность фаз

Действие переменного тока на Действие переменного тока на организм человека.организм человека.

 0.6А-0,15А –легкое покалывание0.6А-0,15А –легкое покалывание  2А-3А –дрожание пальцев рук2А-3А –дрожание пальцев рук  5А–10 А– ощущение боли5А–10 А– ощущение боли  12А–15А –руки трудно оторвать от 12А–15А –руки трудно оторвать от

электродов, сильные болиэлектродов, сильные боли  20А–25 А–затруднение дыхания20А–25 А–затруднение дыхания  50А-80А – паралич дыхания50А-80А – паралич дыхания  90А-110 А– летальный исход.90А-110 А– летальный исход.

 Переменный электрический ток Переменный электрический ток получают благодаря явлению получают благодаря явлению электромагнитной индукцииэлектромагнитной индукции

 Переменный электрический ток Переменный электрический ток получают преимущественно получают преимущественно электромеханическими индукционными электромеханическими индукционными генераторамигенераторами

Вопросы для взаимоконтроляВопросы для взаимоконтроля

 Какой ток называют переменным?Какой ток называют переменным?  Какое явление положено в основу Какое явление положено в основу

действия индукционного генератора действия индукционного генератора переменного тока?переменного тока?

 От каких величин зависит максимальное От каких величин зависит максимальное значение ЭДС индукции генератора?значение ЭДС индукции генератора?

 Где наводится ЭДС в промышленных Где наводится ЭДС в промышленных генераторах?генераторах?

Домашнее заданиеДомашнее задание

 Параграфы 31, 37, упражнение 4 (4, 5), Параграфы 31, 37, упражнение 4 (4, 5), сообщения «Производство сообщения «Производство электроэнергии», «Передача электроэнергии», «Передача электроэнергии», «Использование электроэнергии», «Использование электроэнергии»электроэнергии»

 Учебник физика 11 класс Мякишева Г.Я. Учебник физика 11 класс Мякишева Г.Я. и Буховцева Б.Б. Москва. Просвещение и Буховцева Б.Б. Москва. Просвещение 2007г2007г

 Опорные конспекты и тестовые физике Опорные конспекты и тестовые физике 11 Луппов Г.Д. Москва. 11 Луппов Г.Д. Москва. Просвещение.1996г.Просвещение.1996г.

 Единая коллекция цифровых Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов.образовательных ресурсов.

Получение переменного тока

Мы с вами узнали, что такое переменный ток, теперь я вам хочу рассказать, как получить переменный синусоидальный ток.

Возьмем проводник, согнутый в виде рамки и будем вращать его в равномерном магнитном поле (рисунок 1). При вращении рамки магнитный поток, охватываемый ею, будет изменяться, следовательно, в рамке возникнет ЭДС индукции.

Пусть рамка вращается с равномерной скоростью. Мы уже знаем, что величина ЭДС, индуктированной в рамке, будет тем больше, чем быстрее будет изменяться число магнитных силовых линий, охватываемых рамкой, или иначе, чем большее число магнитных силовых линий будут пересекать стороны рамки в единицу времени (например в одну секунду).

Примем за начальное то положение рамки, когда она охватывает наибольшее число магнитных силовых линий, т. е. когда плоскость ее перпендикулярна направлению магнитного потока. На рисунке 1 это положение отмечено цифрой 1.

Рисунок 1. Получение синусоидального переменного тока. а — ряд последовательных положений рамки в магнитном поле; б -график переменного тока (синусоида).

В начале вращения рамки ее стороны будут скользить почти вдоль магнитных силовых линий, пересекая очень малое число их, то есть магнитный поток, проходящий через рамку, будет изменяться очень медленно, следовательно, и наводимая этим изменением потока ЭДС индукции будет невелика.

По мере приближения рамки, к положению 2, когда плоскость ее становится параллельной силовым линиям, количество пересекаемых рамкой силовых линий возрастает (при постоянной скорости вращения рамки) а, следовательно, возрастает и индуктируемая в ней ЭДС.

Когда рамка пройдет положение 2, действующая в рамке ЭДС начнет постепенно убывать и станет равной нулю, когда рамка сделает полоборота (положение 3). Затем ЭДС будет снова возрастать, но уже в обратном направлении, так как теперь стороны рамки будут пересекать магнитные силовые линии в противоположном направлении. В момент, когда рамка займет положение 4, т. е. сделает три четверти оборота, ЭДС будет наибольшей, после чего она начнет снова убывать и сделается равной нулю в тот момент, когда рамка завершит полный оборот (положение 5).

При дальнейшем вращении рамки все явления будут повторяться в прежнем порядке. Так как ЭДС в рамке непрерывно изменяется по величине и, кроме того, два раза в течение каждого оборота изменяет свое направление, то и ток, вызываемый ею в рамке, будет также изменяться и по величине и по направлению.

Условимся изображать изменение переменной ЭДС, наводимой в рамке при вращении ее в магнитном поле, таким образом, что по горизонтальной прямой линии (оси) слева направо будем откладывать в каком-нибудь масштабе угол поворота рамки или время, протекшее от начала поворота, а вверх и вниз (по вертикали) будем откладывать те ЭДС, которые наводятся в рамке при данном угле ее поворота. Вверх будем откладывать ЭДС одного направления, а вниз— ЭДС другого направления. В результате такого построения получим график изменения ЭДС в зависимости от угла поворота рамки или, что то же самое, в зависимости от времени, так как рамка вращается с постоянной скоростью. Кривая эта, изображенная на рисунке 1б, очень часто встречается в электротехнике и носит название синусоиды.

Итак, мы видим, что при равномерном вращении рамки в равномерном магнитном поле в ней индуктируется переменная ЭДС, изменяющаяся по периодическому закону, выражаемому синусоидой; ЭДС и токи, изменяющиеся по такому закону, называются синусоидальными, а весь описанный процес будет иметь название получение переменного синусоидального тока .

Свяжем мысленно с вращающейся рамкой стрелку, укрепленную на одной оси с рамкой (рисунок 2а). Направим на вращающуюся стрелку пучок параллельных световых лучей так, как это изображено на рисунке 2б, а с другой стороны стрелки поставим экран (например лист бумаги). Электродвижущая сила, индуктируемая в рамке, в каждый данный момент будет пропорциональна длине тени, отбрасываемой стрелкой на экран. Длина тени в начальный момент, когда стрелка находится в горизонтальном положении, т. е. острием направлена в сторону экрана, будет равна нулю.

Рисунок 2. Модель синусоидального колебания. а -вместе с рамкой вращается стрелка; б -кончик тени от стрелки совершает синусоидальные колебания.

При вращении стрелки в направлении, указанном на рисунке, ее тень начнет удлиняться, вытягиваясь вверх. Сначала удлинение тени будет происходить быстро, но по мере приближения стрелки к вертикальному положению оно замедлится и, наконец, совеем прекратится, когда длина тени сделается равной длине стрелки. После этого тень будет укорачиваться, сначала медленно, а затем все быстрее и быстрее и, наконец, сделается равной нулю в тот момент, когда стрелка, совершив полоборота, займет горизонтальное положение. В то время, когда стрелка будет совершать следующую половину оборота, ее тень совершит такое же удлинение и укорочение, как и прежде, с той лишь разницей, что удлиняться она теперь будет не вверх, а вниз.

При каждом обороте стрелки ее тень будет совершать одно полное колебание.

Колебания тени вращающейся стрелки дают полную картину изменения скорости движения электронов в проводнике при синусоидальном переменном токе. Скорость свободных электронов в проводнике сначала невелика, затем электроны начинают двигаться все быстрее и быстрее (сила тока увеличивается). В некоторый момент скорость электронов достигает своей максимальной величины (сила тока максимальна), после чего электроны постепенно замедляют свое движение и, наконец, совсем останавливаются (сила тока равна нулю).

Однако, практически электроны не делают остановки, так как они тотчас же начинают движение в обратном направлении (ток изменяет свое направление) с постепенно увеличивающейся скоростью (сила тока растет) и т. д.

Начертим окружность, внутри которой наметим несколько положений радиуса, занимаемых им при равномерном движении его конца по окружности. На рисунке 3 показано 24 последовательных положения радиуса, занимаемых им через каждые 15° поворота. Справа от этой окружности проведем горизонтальную линию на высоте центра окружности. Разделим горизонтальную координатную ось также на 24 части, каждая из которых будет соответствовать 15° окружности.

Рисунок 3. Построение грфика синусоидального переменного тока. Окружность и горизонтальная ось координат разделены на одинаковое число частей.

Из каждой отмеченной точки на горизонтальной оси проведем вертикальную линию, равную проекции радиуса на вертикальный диаметр или длине тени при данном угле поворота. Соединим плавной кривой концы всех вертикальных линий. Эта кривая и будет синусоидой.

Вращающийся радиус, употребляемый при построении синусоиды, называется радиусом-вектором.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

§46. Получение переменного тока

В промышленности в основном применяют синусоидальный переменный ток, который в отличие от постоянного каждое мгновение изменяет свое значение и периодически направление. Для получения такого тока используют источники электрической энергии, создающие переменную э. д. с, периодически изменяющуюся по величине и направлению; такие источники называются генераторами переменного тока.

Принцип получения переменного тока. Простейшим генератором переменного тока может служить виток, вращающийся в равномерном магнитном поле (рис. 168, а). Пользуясь правилом правой руки, легко определить, что в процессе вращения витка направление э. д.с. е, индуцированной в рабочих участках 1 и 2 витка, непрерывно изменяется (показано стрелками), следовательно, изменяется и направление проходящего по замкнутой цепи тока i.

По закону электромагнитной индукции э. д. с, индуцируемая в витке при вращении его с окружной скоростью ? в магнитном поле с индукцией В,

2l — длина двух рабочих частей витка, находящихся в магнитном поле;

? — угол между направлением силовых магнитных линий и направлением движения витка в рассматриваемый момент времени (направлением вектора скорости ?).

При вращении витка с угловой скоростью ? угол ? = ?t, следовательно,

Переменный угол ? t называется фазой э. д. с. Величина 2lB ? представляет собой максимальное значение э. д. с. е, которое она принимает при ?t = 90° (когда плоскость витка перпендикулярна силовым магнитным линиям). Обозначив его Eт получим:

Полученная зависимость изменения э. д. с. е от угла ?t или от времени t графически изображается синусоидой (рис. 168,б). Э. д. с, токи и напряжения, изменяющие свои значения и направления по закону синусоиды, называются синусоидальными. Ось, по которой откладывают углы ? t, можно рассматривать как ось времени t.

Рассмотрим несколько отдельных положений витка. В момент времени, соответствующий углу ?t₁ (см. рис. 168, а), когда виток находится в горизонтальном положении, его рабочие участки как бы скользят вдоль силовых магнитных линий, не пересекая их; поэтому в этот момент э. д. с. в них не индуцируется (точка 1 на рис. 168,б). При дальнейшем повороте витка стороны его начнут пересекать магнитные силовые линии. По мере увеличения угла поворота увеличивается и число силовых линий, пересекаемых сторонами витка в единицу времени, и соответственно возрастает индуцированная в витке э. д. с е.

В момент времени, соответствующий углу ?t₂, виток пересекает наибольшее число силовых магнитных линий, так как его рабочие участки 1 и 2 движутся перпендикулярно силовым линиям магнитного поля; в этот момент э. д. с. е достигает своего максимального значения Е_т (точка 2 на графике). При дальнейшем вращении витка число пересекаемых силовых линий уменьшается и соответственно уменьшается индуцированная в витке э. д. с. В момент времени, соответствующий углу рабочие участки витка опять как бы скользят вдоль магнитных силовых линий, в результате чего э. д. с. е будет равна нулю (точка 3). Затем рабочие участки 1 и 2 витка вновь начинают пересекать магнитные силовые линии, но уже в другом направлении, поэтому в витке появляется э. д. с. противоположного направления. В момент времени, соответствующий углу ?t₄. при вертикальном расположении витка э. д. с. в достигает максимального значения — Е_т (точка 4), затем она уменьшается, и в момент времени, соответствующий ?t5, снова становится равной нулю (точка 5). При дальнейшем движении витка с каждым

Рис. 168. Индуцирование синусоидальной э. д. с. (а) и кривая ее изменения (б)

новым оборотом описанный выше процесс индуцирования э. д. с. будет повторяться.

В современных генераторах переменного тока магниты или электромагниты, создающие магнитное поле, обычно располагаются на вращающейся части машины — роторе, а витки, в которых индуцируется переменная э. д. с,— на неподвижной части генератора — статоре. Однако с точки зрения принципа действия генератора переменного тока безразлично, на какой части машины — роторе или статоре — расположены витки, в которых индуцируется переменная э. д. с.

Работа приемников электрической энергии при переменном токе. Если подключить к генератору переменного тока электрическую лампу (см. рис. 168, а), то нить ее будет периодически накаляться и остывать. Однако если частота изменений переменного тока достаточно велика, то нить лампы не будет успевать охлаждаться и глаз человека не будет улавливать изменений ее накала. Такие же условия имеют место и при работе электродвигателей переменного тока; такой двигатель при работе получает от источника импульсы переменного тока, следующие один за другим с большой частотой, и его ротор будет вращаться с постоянной частотой.

Получение переменного тока

П е р е м е н н ы м и токами (э. д. с.) в электрических цепях называют такие токи (э. д. с), которые меняют свое значение или направление во времени. Они могут быть периодическими или непериодическими. Периодическим называется такой ток (э. д. с), значения которого повторяются через определенные равные промежутки времени, называемые периодом.

Периодические переменные токи (э.д.с.) могут носить синусоидальный, несинусоидальный или пульсирующий характер (рис. 6.1). Характер несинусоидальных токов (э.д.с.) может быть самый различный. Он обусловливается включением в цепь переменного тока различного вида нелинейных сопротивлений.

Любой несинусоидальный и пульсирующий ток (э.д.с.) может быть представлен суммой гармонических синусоидальных токов (э.д.с.) различной частоты. Для такого анализа используют метод разложения несинусоидальных периодических кривых в ряд Фурье. Пример такого разложения пульсирующего тока в гармонический синусоидальный ряд дан в главе 18. Для выделения синусоидальной составляющей той или иной частоты применяются резонансные фильтры.

В данном разделе рассматриваются цепи переменного синусоидального тока.

На рисунке 6.2, а представлен простейший генератор переменного тока. Между полюсами магнита N и S принудительно с постоянной скоростью вращается виток провода ВП. Концы витка присоединены к медным, изолированным одно от другого кольцам К, на которые наложены щетки Щ, соединенные с внешней цепью; имеющей сопротивление R.

Значение магнитного потока, который пересекает плоскость витка, меняется в зависимости от положения витка. Когда виток расположен перпендикулярно магнитным силовым линиям, индуктируемая в нем э.д.с. равна нулю, так как обе активные стороны витка в этот момент не пересекают магнитных силовых линий. Мгновенное изменение магнитного потока равно нулю. При вертикальном положении витка мгновенное изменение магнитного потока максимальное. Индуктируемая э. д.с. также максимальна. Согласно формуле (5.2), значение э. д.с, индуктируемой в каждой из активных сторон витка,

Суммарная электродвижущая сила в витке е = 2е ₁ = 2Blvsin α ,

где В — магнитная индукция магнитного поля, Т ; l — длина каждой из активных сторон витка, м; v — линейная скорость движения активных сторон по окружности, м/с; α — угол, образованный плоскостью витка и горизонтальной нейтральной плоскостью.

При равномерном вращении витка в магнитном поле с угловой скоростью

е = 2Blv sin ωt , (6.1)

где ω угловая частота, показывающая, какой круговой путь совершает виток в секунду; α = ωt — фаза синусоидального тока; t — время, с.

Размерность угловой частоты.

где 2 Π — полный центральный угол окружности, выраженный в радианах, причем 2 Π рад = 360°, а 1 рад = 57°17′; Π рад = 180°, — рад = 90° и т. д. ( Π = 3,14).

Как следует из формулы (6.1), в витке индуктируется синусоидальная электродвижущая сила. Направление индуктируемой э.д.с. определяют по правилу правой руки.

Изменение индуктируемой в витке э. д. с. по значению и направлению в виде синусоиды (рис. 6.2, б) можно представить себе следующим образом. В окружности отмечены углы поворота плоскости витка в магнитном поле полюсов. В нейтральной плоскости, когда угол поворота равен 0°, э. д. с. в витке равна нулю. При увеличении угла поворота увеличивается число пересекаемых силовых линий и возрастает индуктированная э. д. с. При повороте плоскости витка на 90° индуктируемая э. д. с. максимальна. Она отложена справа на диаграмме в точке 90°. Ее направление принято за положительное. При изменении угла от 90 до 180° число магнитных силовых линий, пересекаемых плоскостью витка в единицу времени, уменьшается, снижается и индуктируемая э. д. с. В момент, когда угол поворота составляет 180°, э. д. с. равна нулю. В дальнейшем при Повороте плоскости витка от 180 до 270° число пересечений снова возрастает, но направление э. д. с. меняется, так как меняется направление перемещения активных сторон витка относительно магнитных силовых линий. При повороте на 270° э. д. с. максимальная по значению и равна э.д.е. при 90°, но противоположна по знаку и т. д.

В простейшей электрической цепи с активным сопротивлением сила электрического тока также меняется по синусоидальному закону в соответствии с изменением э,д. с. Сила тока в цепи в момент, когда э. д. с. равна нулю, также равна нулю. Максимальной э. д. с. сопутствует максимальная сила тока. Значение переменного тока (э. д. с, напряжения), соответствующее данному моменту времени (мгновению), называют мгновенным значением тока (э.д.с, напряжения). Максимальное мгновенное значение переменной величины, которого она достигает в процессе своего изменения, называется амплитудой величины.

Если в момент времени t = 0(ωt = 0) мгновенное значение величины не равно нулю, то формула (например, для тока i ) выглядит так:

где ωt + ψ — фаза переменного синусоидального тока; ψ — угол, называемый начальной фазой переменного синусоидального тока.

Мгновенные значения тока, напряжения, э. д. с. и других переменных величин принято обозначать соответствующими строчными символами i, и, е и т. д. Действующие, или эффективные, значения, а также максимальные амплитудные значения обозначают прописными символами I; U; Е и I_m; U_m; Е_m и т. д.

При расчете цепей переменного тожа приходится выполнять арифметические действия с синусоидальными величинами, частоты которых одинаковы, а амплитуды и начальные фазы могут быть разными. Для облегчения действии применяется метод векторных диагграмм. Векторной диаграммой синусоидальной величины называют ее графическое изображение при помощи вращающегося вектора. Направление вращения векторов принимают против часовой стрелки. Если, пользуясь рисунком 6.2, а, в плоскости витка изобразить вектор Е_m (рис. 6.2, б) и представить его вращающимся вместе с рамкой, то в каждый момент времени мгновенное значение э. д. с. будет равно

Эти мгновенные величины могут быть получены непосредственно на вертикальной оси диаграммы как проекции на нее вектора Е_m. Если на вертикальной оси нанесен масштаб э. д. с. или тока, то для любого момента времени ωt представляется возможным найти мгновенное значение э. д. с, тока. Когда вектор находится выше оси cot, мгновенное значение величины принимают положительным; когда же вектор расположен ниже оси ωt, мгновенное значение принимают отрицательным.

Векторы электрических величин дают нам представление не только об их абсолютном значении (об этом судят по длине вектора), но и об их взаимном расположении. Когда речь идет о векторных значениях тока, напряжения, э. д. с, то их обозначают теми же символами, что и ранее, но с точкой наверху: İ , Ú, È.

Как получают переменный электрический ток

Электромагнитная индукция и закон Фарадея

Майкл Фарадей в 1831 году открыл закономерность, в последствии названной его именем – закон Фарадея. В своих опытах он использовал 2 установки. Первая состояла из металлического сердечника с двумя намотанными и не связанными между собой проводниками. Когда он подключал один из них к источнику питания, то стрелка гальванометра, подключенного ко второму проводнику, дёргалась. Так было доказано влияние магнитного поля на движение заряженных частиц в проводнике.

Второй установкой является диск Фарадея. Это металлический диск, к которому подключено два скользящих проводника, а они в свою очередь соединены с гальванометром. Диск вращают вблизи магнита, а при вращении на гальванометре также отклоняется стрелка.

Итак, выводом этих опытов была формула, которая связывает прохождение проводника через силовые линии магнитного поля.

Здесь: E – ЭДС индукции, N – число витков проводника, который перемещают в магнитном поле, dФ/dt – скорость изменения магнитного потока относительно проводника.

На практике также используют формулу, с помощью которой можно определить ЭДС через величину магнитной индукции.

e = B*l*v*sinα

Если вспомнить формулу связывающую магнитный поток и магнитную индукцию, то можно предположить, как происходил вывод формулы выше.

Ф=B*S*cosα

Так зарождалась генерация тока. Но давайте поговорим, как получают переменный ток ближе к практике.

Способы получения переменного тока

Допустим у нас есть рамка из проводящего материала. Поместим её в магнитное поле. Согласно упомянутым выше формула, если рамку начать вращать, через неё потечет электрический ток. При равномерном вращении на концах этой рамки получится переменный синусоидальный ток.

Это связано с тем, что в зависимости от положения по оси вращения рамку пронизывает разное число силовых линий. Соответственно и величина ЭДС наводится не равномерно, а согласно положению рамки, как и знак этой величины. Что вы видите наг графике выше. При вращении рамки в магнитном поле от скорости вращения зависит как частота переменного тока, так и величина ЭДС на выводах рамки. Чтобы достичь определенной величины ЭДС при фиксированной частоте – делают больше витков. Таким образом получается не рамка, а катушка.

Получить переменный ток в промышленных масштабах можно таким же образом, как описано выше. На практике нашли широкое применение электростанции с генераторами переменного тока. При этом используются синхронные генераторы. Поскольку таким образом легче контролировать как частоту, так и величину ЭДС переменного тока, и они могут выдерживать кратковременные токовые перегрузки во много раз.

По числу фаз на электростанциях используются трёхфазные генераторы. Это компромиссное решение, связанное с экономической целесообразностью и техническим требованием создания вращающегося магнитного поля для работы электродвигателей, которые составляют львиную долю от всего электрооборудования в промышленности.

В зависимости от рода силы, которая приводит в движение ротор, число полюсов может быть различным. Если ротор вращается со скоростью 3000 об/мин, то для получения переменного тока с промышленной частотой в 50 Гц нужен генератор с 2 полюсами, для 1500 об/мин – с 4 полюсами и так далее. На рисунки ниже вы видите устройство генератора синхронного типа.

На роторе находятся катушки или обмотка возбуждения, ток к ней поступает от генератора-возбудителя (Генератор Постоянного Тока — ГПТ) или от полупроводникового возбудителя через щеточный аппарат. Щетки располагаются на кольцах, в отличие от коллекторных машин, в результате чего магнитное поле обмоток возбуждение не меняется по направлению и знаку, но меняется по величине – при регулировании тока возбудителя. Таким образом автоматически подбираются оптимальные условия для поддержки рабочего режима генератора переменного тока.

Итак, получить переменный ток в промышленных масштабах удалось способом, основанном на явлениях электромагнитной индукции, а именно с помощью трёхфазных генераторов. В быту используют и однофазные и трёхфазные генераторы. Последние рекомендуется приобретать для строительных работ. Дело в том, что большое число электрического инструмента и станков могут работать от трёх фаз. Это электродвигатели разнообразных бетономешалок, циркулярных пил, да и мощные сварочные аппараты также питаются от трёхфазной сети. Причем для таких задач подходят именно синхронные генераторы, асинхронные не подходят – из-за их плохой работы с устройствами, у которых большие пусковые токи. Асинхронные бытовые электростанции больше подходят для резервного электроснабжения частных домов и дач.

Электронные преобразователи

Однако не всегда рационально или удобно использовать бензиновые или дизельные бытовые электростанции. Есть выход – получить однофазный или трёхфазный переменный электрический ток из постоянного. Для этого используют преобразователи или, как их еще называют инверторы.

Инвертор – это устройство, которое преобразует величину и род электрического тока. В магазинах можно найти инверторы 12-220 или 24-220 Вольт. Соответственно эти приборы постоянные 12 или 24 Вольта превращают в 220В переменного тока с частотой в 50Гц. Схема простейшего подобного преобразователя на базе драйвера для полумостового преобразователя IR2153 изображена ниже.

Такая схема выдаёт модифицированную синусоиду на выходе. Она не совсем подходит для питания индуктивной нагрузки, типа двигателей и дрелей. Но если не на постоянной основе – то вполне можно использовать и такой простой инвертор.

Преобразователи постоянного тока в переменный с чистой синусоидой на выходе стоят значительно дороже, а их схемы значительно сложнее.

Важно! Приобретая дешевые платы-модули с «алиэкспресс» не рассчитывайте ни на чистый синус, ни на 50Гц частоту. Большинство таких устройств выдают высокочастотный ток с напряжением 220В. Его можно использовать для питания различных нагревателей и ламп накаливания.

Мы кратко рассмотрели принципы получения переменного тока в домашних условиях и в промышленных масштабах. Физика этого процесса известна уже почти 200 лет, тем не менее основным популяризатором этого способа получить электрическую энергию был Никола Тесла в конце XIX — первой половине XX века. Большинство современного бытового и промышленного оборудования ориентированы на использования именного переменного тока для электропитания.

Напоследок рекомендуем просмотреть видео, на котором наглядно показывается как работает генератор переменного тока:

Урок физики «Получение переменного электрического тока»

Главная > Урок

Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

«Получение переменного электрического тока».

Урок разработан и проведен Тушкановым Ю.А. – учителем физики МОУ школы №10 г.о. Тольятти

Тип урока: изучение нового материала.

Закрепление знаний по теме «Явление электромагнитной индукции».

Изучение устройства и принципа действия генератора переменного тока и его применения.

Развитие познавательных интересов и интеллектуальных способностей в процессе наблюдений и демонстрации эксперимента.

Воспитание интереса к предмету, вооружение учащихся научными методами познания, позволяющими получить объективные знания об окружающем мире.

Воспитание ответственного отношения к природе, как социальной черты личности.

Проверка домашнего задания.

Изучение нового материала.

Закрепление знаний учащихся.

Подведение итогов урока.

Источник тока (ВС – 24М);

Демонстрационный разборный трансформатор;

Ключ, гальванометр, электронный осциллограф, лампочки (220В, 40Вт; 3,5В, 0,2А)

Компьютер и проектор.

Дежурный отмечает отсутствующих.

Знакомство учащихся с темой и целями урока.

Проверка домашнего задания.

1. Какую задачу в 1821 году поставил перед собой учёный М. Фарадей?

2. Как он решил эту задачу? (Ученик демонстрирует опыты)

3. Сделать вывод: при каком условии во всех опытах в катушке, замкнутой на гальванометр, возникал индукционный ток?

4. В чём заключается явление электромагнитной индукции?

5. В чём практическая важность открытия явления электромагнитной индукции?

6. Назовите фамилии отечественных учёных, внесших большой вклад в разработку и создание генераторов электрической энергии?

7. Разбор домашней задачи. Учебник «Физика», 9 кл. А.В. Перышкин, Е.М. Гутник. Упр. 39(2), стр. 164.

Проволочное кольцо помещено в однородное магнитное поле (рис. 1).

трелочки, изображенные рядом с кольцом, показывают, что в случаях а и б кольцо движется прямолинейно вдоль линий индукции магнитного поля, а в случаях в, г и д — вращается вокруг оси 00′. В каких из этих случаев в кольце может возникнуть индукционный ток?

Индукционный ток в кольце возникает только в случае г) , так как только в этом случае изменяется магнитный поток, пронизывающий контур кольца.

Изучение нового материала.

Учитель демонстрирует опыт Фарадея, акцентируя внимание на том, что модуль и направление индукционного тока периодически меняется.

аблюдая опыт по осциллограмме напряжения, ученики должны подойти к выводу: сила тока (напряжение) в осветительной сети меняется со временем по гармоническому закону (то есть по закону синуса или косинуса). Учитель дополняет вывод информацией, что стандартная частота тока, применяемая в осветительной сети и промышленности России и большинства стран мира, равна 50Гц.

Учитель демонстрирует модель генератора переменного тока (вращение проволочной рамки в магнитном поле). (Приложение 1)

Учитель заостряет внимание учащихся на том, что в генераторе происходит превращение механической энергии в электрическую.

4 . Объяснение по плакату устройства современного электромеханического индукционного генератора и назначения его основных элементов.

Вопрос к классу : каким образом приводится во вращение ротор генератора на гидроэлектростанции, на тепловой электростанции?

Обсуждаются и уточняются ответы учащихся.

На гидроэлектростанциях – потоком падающей воды;

На тепловых – паром высокого давления и температуры.

5. Учитель демонстрирует действующую модель электростанции.

Содержание демонстрационного опыта:

Соединяем шкив водяной турбины с помощью резинового ремня со шкивом генератора. Генератор замыкаем на низковольтовую лампочку 3,5В. Подаём воду из водопроводного крана в турбину. Вращение турбины передаётся генератору. Наблюдаем свечение лампочки. (Приложение 2)

Ученики должны подойти к выводу: что механическая энергия воды (пара) превращается в механическую энергию ротора, которая в свою очередь превращается в электрическую энергию!

6. На экран проецируются фотографии промышленных предприятий.

Классу предложено узнать объекты, где они находятся и их назначение . (Приложение 3)

Дети узнали ТЭЦ ВАЗа и ТольяттинскуюТЭЦ, Волжскую гидроэлектростанцию им. В.И. Ленина.

Закрепление знаний, полученных на уроке.

Какой электрической ток называется переменным? С помощью какого простого опыта его можно получить?

Где используют переменный электрический ток?

На каком явлении основано действие наиболее распространенных в настоящее время генераторов переменного тока?

Расскажите об устройстве и принципе действия промышленного г енератора.

Чем приводится во вращение ротор генератора на тепловой электр останции? на гидроэлектростанции?

Какова стандартная частота промышленного тока, применяемого в России и многих других странах ?

2) Решение задачи:

Волжская ГЭС им. В.И. Ленина построена в 1950-1957 г.г., имеет напор 30м (разность высот между верхним и нижним течением), и электрическую мощность 2300 МВт.

Рассчитать запас потенциальной энергии каждого кубического метра воды в плотине.

Оценить ежесекундный расход воды.

Дано: Решение:

1) E p = m·g·h m = ρ ·V E p = ρ ·V·g·h ≈ 300 ·10 3 Дж

2) P = W = n · E p

— количество кубометров ежесекундно падающих с плотины

Ответ: E p = 300 кДж, ≈

E p — ? n = = ?

Учитель подводит итоги урока, выставляет оценки ученикам, комментируя каждый ответ и оценку.

Основной материал § 50. Упр. 40(2), стр. 168.

Дополнительный материал: подготовить сообщения по теме «Тепловые станции Тольятти» и «Экологические проблемы, связанные с работой тепловых и гидроэлектростанций».

ТЭЦ ВАЗа и Тольяттинская ТЭЦ.

Волжская гидроэлектростанция им. В.И. Ленина.

голоса

Рейтинг статьи