Урок по теме "Генерирование электрической энергии. Трансформаторы."

Урок

Тема: Генерирование электрической энергии. Трансформаторы.

Цель: показать преимущества электрической энергии перед другими видами энергии; дать учащимся понятие о принципиальном устройстве промышленного генератора переменного тока; изучить назначение, устройство и принцип действия трансформатора.

Оборудование: модель генератора и трансформатора.

Ход урока

IОрг. Момент.

IIАнализ контрольной работы

III Сообщение темы, цели урока. Работа над новым материалом. (слайд 1,2)

1. Применение электрической энергии в народном хозяйстве и быту. Преимущества электрической энергии перед другими видами энергии и преимущества переменного тока по сравнению с постоянным.

Преимущества перед другими видами энергий:

А). передавать на огромные расстояния с малыми потерями

Б) удобно распределять между потребителями

В) легко превращать в любые другие виды энергий: механическую, внутреннюю, энергию света и т. д.

Преимущество переменного тока перед постоянным: напряжение и силу тока можно преобразовывать почти без потерь энергии. Эти преобразования необходимы во многих устройствах, особенно при передачи на большие расстояния.

Поэтому познакомимся с устройствами, вырабатывающие электрический ток-генераторами и устройствами преобразующими его- трансформаторы.

2. Генератор

Генератор — устройство, преобразующее энергию того или иного вида в электрическую энергию (гальванические элементы, электростатические машины, термобатареи, солнечные батареи).

Преобладающую роль в наше время играют электромеханические индукционные генераторы переменного тока, в которых механическая энергия превращается в электрическую. Их действие основано на явлении электромагнитной индукции. Такие генераторы имеют сравнительно простое устройство и позволяют получать большие токи при достаточно высоком напряжении.

3. Устройство генератора переменного тока и его работа.

Генератор состоит: (слайд 3,4)

А) подвижная часть ротор.

Б) неподвижная часть статор.

Насаженный на вал ротор представляет собой электромагнит или магнит (индуктор), который вращается внутри статора. В пазах статора уложены проводящие «контуры- обмотки» (якорь), в которых при вращении ротора переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле. Возникает электродвижущая сила, в обмотках возникает индукционный ток. Этот ток передаётся от генератора во внешнюю цепь.

Если ротор является электромагнитом, то он снабжается контактными кольцами и щётками-неподвижными пластинами, прижатыми к кольцам, осуществляющим связь обмотки ротора с внешней цепью. Через скользящие контакты к вращающемуся электромагниту подводится слабый ток, вырабатываемый отдельным генератором постоянного тока (возбудителем), расположенным на том же валу.

Это был рассмотрен первый тип генератора, когда электромагнит или магнит вращается, а обмотки, в которых возникает ток неподвижны. Существуют и другие типы генераторов, когда магнит или электромагнит неподвижен, а вращается обмотка, в которой возникает ток.

Показать модель. (слайд5)

Рассмотреть принцип действия генератора переменного тока по плакату Электродинамика № 8 или (слайд 6 работа генератора 1)

Во вращающейся рамке, находящейся между полюсами магнита, возникает ЭДС индукции и появляется индукционный ток под действием силы Лоренца, действующей со стороны магнитного поля на движущиеся заряженные частицы. Через скользящие контакты снимается ток во внешнюю цепь.

Показать ещё раз флеш анимацию работа генератора(Слайд6)

ЭДС определяется по формуле

N-число витков обмотки статора

n-частота вращения ротора

Связь частоты переменного тока ν, числом пар полюсов магнита р и частотой вращения ротора n

ν=р*n

4. Назначение трансформатора

ЭДС мощных генераторов Электростанций довольно велика. На практике чаще всего нужно не слишком высокое напряжение.

Трансформатор –устройство, применяемое для повышения или понижения переменного напряжения. (слайд 7)

Был изобретён в 1878 г. русским учёным Павлом Николаевичем Яблочковым (1847-1894г.) и использован для питания изобретённого им нового источника света-«электрических свечей»

5. Устройство и принцип действия трансформатора

Трансформатор состоит из замкнутого стального сердечника(слайд8), собранного из пластин, на который надеты две(иногда и более) катушки с проволочными обмотками. Одна из обмоток называется первичной, подключается к источнику переменного напряжения. Другая обмотка, к которой присоединяют нагрузку, т.е. приборов и устройства, потребляющие электроэнергию, называется вторичной. Условное обозначение смотри рисунок(слайд9)

Работа трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции.

Режимы работы трансформатора (Слайд 10 )

А)Холостой ход (без нагрузки)

Этот режим имеет место при разомкнутой вторичной цепи.

При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока в сердечнике появляется переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукции в каждой обмотке.

Мгновенное значение ЭДС индукции е в любом витке первичной или вторичной обмотках одинаково. Согласно закону Фарадея определяется формулой(слайд11)

- полная ЭДС первичной обмотки

- полная ЭДС вторичной обмотки

отсюда следует, что

Обычно активное сопротивление обмоток трансформатора мало, поэтому им можно пренебречь. В этом случае модуль напряжения на зажимах катушки приблизительно равен модулю ЭДС индукции

| U₁|≈|e₁|

При разомкнутой вторичной обмотке трансформатора ток в ней не течёт и имеет место соотношение

|U₂|=|e₂|

Мгновенные значения ЭДС е можно заменить действующими Е

Получим отношение

(слайд12,13,14)

Гдеkкоэффициент трансформации

Приk>1 трансформатор понижающий, k<1 трансформатор повышающий

Б) рабочий ход (под нагрузкой) (Слайд 15,16 )

Этот режим имеет место при замкнутой вторичной цепи. В этом случае трансформатор нагружен, т.е. подключены потребители.

На этом режиме мощность в первичной цепи приблизительно равна мощности во вторичной

Это означает, что, повышая с помощью трансформатора напряжение в несколько раз, мы во столько же раз уменьшаем силу тока (и наоборот)

IV Решение задач

Рымкевич

986(976). Трансформатор, содержащий в первичной обмотке 840 витков, повышает напряжение с 220 до 660 В. Каков коэффициент трансформации? Сколько витков содержится во вторичной обмотке? В какой обмотке провод имеет боль­шую площадь поперечного сечения?

987(977). Чтобы узнать, сколько витков содержится в первичной и вторичной обмотках трансформатора, на вторичную катушку намотали 11 витков провода. При включении первичной обмотки в сеть напряжением 220 В вольтметр показал, что на обмотке с 11 витками напряжение равно 4,4 В, а на вторичной обмотке — 12 В. Сколько витков в первичной и вторичной обмотках?

V Итоги урока

Что нового вы узнали на уроке?

Для чего нужен генератор, трансформатор.

VI. Д/з

§ 37,38 уметь отвечать на вопросы в конце параграфов

Упр. 5 № 2,5

Подготовить сообщения по темам:

Особенности работы ГЭС

Особенности работы ТЭС

Особенности работы АЭС