Повторение:
Так как действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции, следовательно, перед объяснением нового материала необходимо повторить следующие вопросы:
При каких условиях возникает индукционный ток?
Что называется электромагнитной индукцией?
В каких опытах можно получить индукционный ток?
Как возникает ЭДС индукции в неподвижных проводниках?
Что является причиной возникновения ЭДС в движущихся проводниках?
Объяснение нового материала.
Генератор переменного тока .
Генератор тока – устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую.
Основные части генератора:
Индуктор – устройство, создающее МП.
Якорь – обмотка, в которой индуцируется ЭДС.
Кольца со щетками – устройство, которым снимают с вращающихся частей индукционный ток или подают ток питания электромагнитом.
ЭДС, индуцируемая в последовательно соединенных витках, будет складываться из суммы ЭДС в каждом из них, поэтому обмотка якоря состоит из множества витков.
Генератор состоит из неподвижной части — статора и подвижной части — ротора . Обычно на роторе располагаются электромагниты с полюсами N и S. Их обмотка, называемая обмоткой возбуждения, питается через кольца и щетки от источника постоянного тока. В пазах статора, собранного из стальных листов, находятся проводники обмотки статора. Они соединены друг с другом последовательно поочередно с передней и с задней сторон статора.
Для технических целей применяется переменный ток синусоидальной формы с частотой 50 Гц, для этого ротор должен вращаться с частотой 50 об/с. Чтобы уменьшить частоту вращения, увеличивают число пар полюсов индуктора. ν = nf , n – число пар полюсов, f — частота вращения ротора.
Трансформатор.
Впервые трансформаторы были использованы в 1878 г. русским учёным П.Н. Яблочковым для питания изобретённых им ‘электрических свечей» – нового в то время источника света. Идея П.Н. Яблочкова была развита сотрудником Московского университета И.Ф. Усагиным, сконструировавшим усовершенствованный трансформатор. (Демонстрация разборного универсального трансформатора).
С помощью разборного универсального трансформатора рассматриваем устройство трансформатора.
Трансформатор состоит из замкнутого сердечника, на который надеты две (иногда и более) катушки с проволочными обмотками. Одну из обмоток, называемую первичной, подключают к источнику переменного напряжения. Вторую обмотку, к которой присоединяют «нагрузку», то есть приборы и устройства, потребляющие электроэнергию, называют вторичной.
Зарисовать в тетрадь схему устройства трансформатора, его условное обозначение (планшет)
Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. При прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике появляется переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукции в каждой обмотке. Сердечник из трансформаторной стали концентрирует магнитное поле, так, что магнитный поток существует только внутри сердечника и одинаков во всех его сечениях.
В первичной обмотке, имеющей n 1 витков, полная ЭДС индукции е 1 равна n 1 е.
Во вторичной обмотке полная ЭДС е 2 равна n 2 е, следовательно
Обычно активное сопротивление обмоток трансформатора мало, и им можно пренебречь. В этом случае модуль напряжения на зажимах катушки приблизительно равен ЭДС индукции, значит:
Мгновенные значения ЭДС е
1
и е
2
изменяются синфазно (одновременно достигают максимума и одновременно проходят через нуль.) Поэтому отношение
можно заменить:
Величину k называют коэффициентом трансформации .
При k > 1, — трансформатор – понижающий. При k < 1 – повышающий.
Вывод о назначении трансформатора
Наиболее важное применение трансформатора — это передача электрической энергии на большое расстояние.
Большое практическое применение трансформатор находит в электросварке.
Образование двух противоположных магнитных потоков в сердечнике полностью нагруженного трансформатора положено в основу устройства современного бытового электрического звонка.
В радиотехнике для понижения напряжения (силовые трансформаторы).
КПД трансформатора ɳ = * 100%, или ɳ= I 2 U 2 / I 1 U 1 .
Р 2 -мощность вторичной обмотки, Р 1 -мощность первичной обмотки. В современных мощных трансформаторах суммарные потери 2-3%. КПД составляет 97-98%.
Закрепление:
1. Почему сердечники трансформаторов изготовляют из отдельных листов, изолированных лаком?
2. Почему трансформатор выходит из строя, когда замыкаются накоротко хотя бы два соседних витка?
3. Почему сердечники трансформаторов собирают из пластин электротехнической стали?
Дома:
1. Подготовить доклад: передача электрической энергии, и ее использование.
2. Изготовить модель понижающего трансформатора.
3. Доклад: успехи и перспективы электрификации России.
4. Доклад: экономия электроэнергии.
Вопрос:
1. Какой электрический ток называется переменным?
1) Электрический ток, периодически меняющийся со временем по модулю и направлению
2) Электрический ток, периодически меняющийся со временем
3) Электрический ток, периодически меняющийся по модулю
4) Электрический ток, периодически меняющийся со временем по направлению
2. Где используют переменный электрический ток?
1) в домах. 2) квартирах. 3) на производстве. 4) на автомобилях.
5) велосипедах.
3. Почему генераторы переменного тока называют индукционными?
1) их действие основано на явлении электрического тока
2) их действие основано на магнитном действии
3) их действие основано на явлении электромагнитной индукции
4) их действие основано на явлении постоянного магнита:
4. Из чего состоит электромеханический индукционный генератор?
1) генератора. 2) станины. 3) статора.
4) ротора. 5) полукольца. 6) щетки.
5. Какая часть индукционного генератора подвижная?
1) статор. 2) ротор. 3) щетки. 4) обмотка.
6. Какая часть индукционного генератора не подвижна?
1) обмотка. 2) ротор. 3) статор.
7. Чем приводится во вращение ротор генератора на тепловых станциях?
1) водой. 2) паром от сгоревшего топлива. 3) бензином. 4) керосином.
8. Чем приводится во вращение ротор генератора на гидроэлектростанции?
1) паром. 2) водой. 3) керосином. 4) кувалдой.
9. Какова стандартная частота переменного тока?
1) 65Гц. 2) 55 Гц. 3) 40 Гц. 4) 50 Гц. 5) 70 Гц.
10. Из каких элементов состоит трансформатор?
1) сердцевина. 2) сердечник. 3) первичная обмотка.
4) вторичная обмотка. 5) обмотки из проволоки.
11. Для чего предназначен трансформатор?
1) Трансформатор предназначен для увеличения или уменьшения переменного напряжения и силы тока
2) Трансформатор предназначен для увеличения или уменьшения переменного напряжения
3) Трансформатор предназначен для увеличения или уменьшения силы тока
4) Трансформатор предназначен для уменьшения переменного напряжения и силы тока
5) Трансформатор предназначен для увеличения напряжения и силы тока
12. Сколько видов трансформаторов существует?
1) 1. 2) 2. 3) 3. 4) 4. 5) 5.
13. К какой обмотке трансформатора подключают переменный электрический ток?
1) к первичной. 2) к вторичной. 3) к первичной и вторичной.
14. По какому физическому закону можно определить потери электроэнергии в ЛЭП?
1) закон Джоуля. 2) закон Джоуля-Ленца. 3) закон Ленца.
4) закон Паскаля. 5) закон Ньютона.
15. Кто изобрел трансформатор?
1) Лебедев. 2) Тимирязев. 3) Яблочков. 4) Паскаль.
| 1,2,3 | 3,4,5,6 | 2,3,4 |
Разделы: Физика Тип урока – формирование новых знаний. Оборудование:
Цель урока:
Ход урока1. Организационный момент.2. Актуализация опорных знаний. (Слайды 1,2)1. Проводник находится в электрическом поле. Как движутся в нём свободные электрические заряды? А. Совершают колебательное движение 2. Что принято за направление электрического тока? А. Направление упорядоченного движения
положительно заряженных частиц. 3. Какова роль источника тока в электрической цепи? А. Порождает заряженные частицы. 4. В проводнике отсутствуют электрическое поле. Как движутся в нём свободные электрические заряды? А. Совершают колебательное движение. 5. Какие силы вызывают разделение зарядов в источнике тока? А. Кулоновские силы отталкивания. 3. Сообщение цели и плана урока .Мы повторили материал о постоянном электрическом токе, а теперь изучим переменный электрический ток. (Слайды 3,4) знать:
уметь:
4. Изучение нового материала.До конца XIX века использовались только источники постоянного тока – химические элементы и генераторы. Это ограничивало возможности передачи электрической энергии на большие расстояния. Проблема была решена при использовании переменного тока и трансформаторов. (Слайды 5,6) Переменный ток – это ток, изменение которого по величине и направлению повторяется периодически через равные промежутки времени и который характеризуется амплитудой, периодом, частотой, фазой . Амплитуда – максимальное значение физической величины.(обозначают прописными буквами с индексом m: Im, Um, Em Период – время, в течение которого переменный ток совершает полный цикл своих изменений. Т – период, с. Частота – это число периодов в секунду. f – частота, Гц. f = 50Гц– промышленная частота переменного тока в России. Это интересно. (Слайд 7). (Сообщение студента о выборе промышленной частоты в других странах). Рассмотрим примеры параметров переменного тока. (Слайд 8)
Получение (генерирование) переменного тока. (Слайды 9,10) Честь создания генераторов переменного тока, совершивших революцию в электротехнике, принадлежит сербу Н. Тесле и русскому инженеру М.О. Доливо-Добровольскому. Работа генератора переменного тока основана на явлении электромагнитной индукции (ЭМИ). Устройство генератора переменного тока. (Слайд 11)
При равномерном вращении ротора в обмотках статора наводится ЭДС: е = E sin t = BSN sin 2nt, где e = BSN – максимальное значение ЭДС; n – число оборотов ротора в секунду; N – число витков обмотки статора. Вырабатываемое напряжение в промышленных генераторах -В.
При вращении рамки в магнитном поле меняется магнитный поток. В рамке наводится переменная ЭДС индукции. Если цепь замкнута, то возникает индуктивный ток, который непрерывно меняется по модулю, а через 1 / 2 Т – по направлению. Вынужденные электрические колебания, возникшие в цепях под действием напряжения, осуществляются по синусоидальному закону u =sint или u =cost. . Цель урока : сформировать у учащихся представление о преимуществе электрической энергии перед другими видами энергий, познакомить с устройствами производящими электрический ток. Ход урока Анализ контрольной работы Изучение нового материала (эвристическая беседа) 1. Какими преимуществами обладает электрическая энергия? А) Ее можно передавать на большие расстояния с малыми потерями. Б) Ее удобно распределять между потребителями. В) Ее легко превратить в другие виды энергий: тепловую, механическую, световую.. 2. Какими, преимуществами обладает переменный ток перед постоянным током? А) Легко изменять силу тока и напряжение почти без потерь и в широких пределах. 3. На каких устройствах вырабатывается электрическая энергия? А) Машина для создания электрического тока называется Генератором. Б) К генераторам относятся – солнечные батареи, термобатареи, гальванические элементы, аккумуляторы, электростатические машины. 4. Какие генераторы самые распространенные в наше время? А) Индукционные электромеханические генераторы переменного тока. Они имеют простое устройство; позволяют получать большие токи при высоком напряжении. 5. Превращение, какого вида энергии происходит при работе данного типа генератора? А) Механическая энергия превращается в электрическую энергию. 6. Принцип действия генератора А) Хотя типов генераторов много, но основные части у них одинаковые: постоянный магнит или электромагнит, для создания магнитного поля; , Обмотка, в которой наводится переменная ЭДС (зависит от числа витков). Для увеличения магнитного потока используют магнитную систему из двух сердечников (изготавливают из электротехнической стали). В одном сердечнике размещают обмотки, создающие магнитное поле, в другом – обмотки для получения ЭДС индукции. Сердечник, вращающийся вдоль горизонтальной либо вертикальной оси, называют Ротором. Неподвижный сердечник вместе с его обмоткой называют статором. Между сердечниками существует зазор, чтобы обеспечить максимальный поток магнитной индукции, зазор должен быть как можно меньше. На верхнем рисунке модели генератора – ротором является проволочная рамка, а неподвижный постоянный магнит – Статором. Можно поступить наоборот: заставить вращаться магнит – он тогда будет ротором, а обмотку уложить в пазы неподвижного сердечника – это будет статор. Для производства генераторов используют оба принципа. Так для промышленных генераторов делают вращающимся электромагнит (ротор), а обмотка неподвижная – это статор. Генерируемый ток проще снимать с неподвижных обмоток, через скользящие контакты поводят ток к вращающемуся электромагниту (этот ток слабый). В генераторах с небольшой мощностью постоянный магнит создает вращающееся магнитное поле. ЭДС индукции появляется в обмотках статора из-за вихревого электрического поля, которое порождается меняющимся магнитным потоком, возникающим при вращении ротора. На нижнем рисунке мы видим современный генератор, для получения электрической энергии. Его размеры достаточно большие, в тоже время отдельные части должны быть изготовлены с точностью до десятых долей миллиметра. Закрепление изученного материала 1. Какие преимущества имеет электрическая энергия перед другими видами энергий? Урок на тему «Получение переменного электрического тока». Тип урока: изучение нового материала. Цели урока: Обучающая Закрепление знаний по теме «Явление электромагнитной индукции». Изучение устройства и принципа действия генератора переменного тока и его применения. Развивающая Развитие познавательных интересов и интеллектуальных способностей в процессе наблюдений и демонстрации эксперимента. Воспитательная 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. Оборудование Источник тока (ВС - 24М); Демонстрационный разборный трансформатор; Ключ, гальванометр, электронный осциллограф, лампочки (220В, 40Вт; 3,5В, 0,2А) Плакаты. Компьютер и проектор. Ход урока Организационный момент 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? Итак, мы переходим к устройству, которое дает возможность получить электрический ток, и называется генератором. Идея получения электрического тока таким способом впервые пришла Майклу Фарадею. В его рисунках даже сохранился чертеж первого генератора. Большинство генераторов - это т.н. электромеханические генераторы, в них за счет механического движения подвижной части такого генератора создается переменный электрический ток. На сегодняшний день вся промышленность использует именно переменный электрический ток. Объясняется это тем, что очень удобно, во-первых, получить переменный электрический ток, а во-вторых, удобно передавать его на большие расстояния. Вот поэтому в мире везде и всюду используется именно переменный ток. Обозначают его на всех схемах волнистой линией. Современный генератор представляет собой довольно сложное устройство, но в основном состоит он из двух частей - ротора и статора. Рисунок 12 - Устройство генератора. Статор - это неподвижная часть. Ротор - подвижная. Можно сказать, что статор - это аналог катушки с большим числом витков. А ротор - это магнит, который вращается и создает изменяющийся магнитный поток с течением времени, пронизывая те витки, которые находятся в статоре, индуцирует, наводит в этих витках электрический ток. Если генератор маломощный, то обычно ротор делают из постоянного магнита. Ему придают определённую форму, создают внутри несколько отдельных полюсов. Этот постоянный магнит, вращаясь прямо внутри статора, непосредственно создаёт индукционный электрический ток. Если же необходим мощный генератор, то в этом случае ротор - уже не постоянный магнит, а электромагнит. Конечно, необходимо сказать, что во всех генераторах ротор вращается за счет работы сторонней силы. Если этот генератор установлен на гидроэлектростанции, то там используется энергия падающей воды. В этом случае ротор вращается с небольшой скоростью. Поэтому приходится делать ротор сложной формы, чтобы создать большое изменение магнитного потока при вращении ротора и получить значительный электрический ток. Например, у генератора на тепловых электростанциях ротор будет вращаться за счет поступающего пара, там частота вращения достаточно большая, и в этом случае количество полюсов и форма ротора будет совсем иная. Рисунок 13 - Устройство ротора и статора. Если говорить про статор, то это неподвижная часть генератора. В ней прорезаются пазы. Представьте себе цилиндр, в котором прорезаны пазы, в этих пазах укладывается обмотка статора, где и создается индукционный электрический ток. Так устроены генераторы переменного тока. Большое значение имеет вопрос о передаче переменного электрического тока. Передача переменного электрического тока на большие расстояния связана с электромагнитной индукцией. Чтобы передать переменный электрический ток, используются приборы, которые называются трансформаторами. Трансформатор - прибор для преобразования электрического тока и напряжения. Он состоит из двух катушек, они называются обмотками, и эти две катушки (катушек может быть и больше на самом деле) надеты на один сердечник. Рисунок 14 - Внешний вид трансформатора. Трансформатор - это устройство, которое состоит из двух или большего количества катушек, надетых на общий сердечник. Когда мы подключаем переменный электрический ток к одной из катушек, в ней создается переменное магнитное поле. Магнитное поле одной катушки усиливается за счет железного сердечника и своим магнитным потоком пронизывает витки другой катушки. Тем самым в другой катушке тоже будет создаваться электрический ток. Если мы будем теперь изменять количество витков в одной катушке и в другой катушке, то будут меняться значения электрического тока в различных катушках. Вот здесь и происходит самое главное. Дело в том, что, когда электрический ток протекает по проводам, главная потеря связана с тем, что провода нагреваются, т.е. сказывается тепловое действие электрического тока. Это является главным неудобством при передаче постоянного электрического тока. А если мы говорим о переменном токе, то за счет трансформатора, изменяя витки в катушках, можно регулировать значение электрического тока. Если мы уменьшим количество витков, то можем изменить и значение электрического тока. Мы можем его уменьшить, и потери электрического тока при передаче тоже уменьшатся. Следовательно, трансформатор дает возможность уменьшить значение электрического тока и увеличить при этом напряжение электрического тока. Таким образом, удобно передавать переменный электрический ток, трансформатор называется повышающим тогда, когда напряжение увеличивается. Когда такой электрический ток приходит уже непосредственно к нам в квартиры, то включают другой трансформатор, который называется понижающим. В этом случае напряжение уменьшается до 220 Вт, но сила тока в цепи возрастает. Этот электрический ток мы используем в бытовых приборах. Если мы будем рассматривать отдельно каждую линию электропередач (кратко ее называют ЛЭП), то каждая такая линия отдельно разрабатывается для конкретной электростанции, с которой мы получаем электроэнергию. На пути ее передачи устанавливаются трансформаторные станции, которые меняют напряжение переменного электрического тока. Задача Проволочное кольцо помещено в однородное магнитное поле (рис. 1). Стрелочки, 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? Рисунок 15 Ответ: 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. Демонстрация опыта. Рисунок 16 - Схема демонстрации опыта и полученной осциллограммы. Наблюдая 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). 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. Рисунок 17 - Устройство современного электромеханического индукционного генератора. Вопрос к классу : каким образом приводится во вращение ротор генератора на гидроэлектростанции, на тепловой электростанции? Обсуждаются и уточняются ответы учащихся. Добиться ответа: 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. 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. Закрепление знаний, полученных на уроке. 1) Вопросы: Какой электрической ток называется переменным? С помощью какого простого опыта его можно получить? Где используют переменный электрический ток? На каком явлении основано действие наиболее распростра-ненных в настоящее время генераторов переменного тока? Расскажите об устройстве и принципе действия промыш-ленного генератора. Чем приводится во вращение ротор генератора на тепловой электростанции? на гидроэлектростанции? Какова стандартная частота промышленного тока, приме-няемого 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. Оценить ежесекундный расход воды. Дано: Решение: V = 1 м 3 1) Ep = m·g·h m = ρ·V Ep = ρ·V·g·h ≈ 300 ·103 Дж 2) P = W = n·Ep Количество кубометров ежесекундно падающих с плотины Ответ: Ep = 300 кДж, ≈ ρ = 10 3 кг/м 3 P = 2,3 ·10 9 Вт E p - ? n = = ? Подведение итогов. Учитель подводит итоги урока, выставляет оценки ученикам, комментируя каждый ответ и оценку. Домашнее задание: 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». Размер: px Начинать показ со страницы: Транскрипт1 Учитель физики Шпаковская О.Ю. 11 класс Генерирование электрической энергии. Генератор переменного тока Цели урока: 1. Показать преимущества электрической энергии перед другими видами энергии. 2. Дать понятие о принципиальном устройстве генератора переменного тока. 3. Осветить экологические проблемы, связанные с выработкой электроэнергии. Оборудование: компьютер интерактивная доска проектор источники тока батарея карманного фонарика, фотоэлемент, модель генератора постоянного тока, Комплекс «Наглядная физика» Тип урока: комбинированный, время проведения 45 минут. Основные этапы урока: 1. Организационный момент (2 мин.) 2. Актуализация опорных знаний (3-5 мин.) 3. Изучение нового материала (20 мин.) 4. Закрепление новой темы (5 мин.) 5. Проверка знаний (10 мин.) 6. Подведение итогов. (3 мин.) 1. Организационный момент. Ход урока 2. Актуализация опорных знаний фронтальная беседа. Прежде чем мы будем говорить о производстве электрического тока, давайте вспомним: Вопрос: Что называют электрическим током? Ответ: Электрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц. Вопрос: Какие вам известны источники тока? Ответ: Аккумуляторы, батарейки и т. д. У меня на столе всем известные источники тока: батарейка, фотоэлемент, модель индукционного генератора. Область применения каждого из перечисленных видов определяется их характеристиками. Давайте выясним, какие у них достоинства и недостатки и можно ли их применять повсеместно? Химические источники тока: гальванические элементы; батареи аккумуляторов; ртутная батарейка, используемая в часах, калькуляторах и слуховых аппаратах, дает 1,4В; 2 традиционная батарейка для карманного фонарика, дает 4,5 В. (демонстрация) Достоинства компактность, возможность использовать как автономный источник энергии. Недостатки небольшая энергоемкость, высокая стоимость энергии, недолговечность, проблема утилизации отходов. Термоэлементы, фотоэлементы, солнечные батареи (демонстрация) Достоинства безмашинный способ получения энергии. Недостатки малый КПД, зависимость от погодных условий. Преобладающую роль в наше время играют электромеханические индукционные генераторы постоянного и переменного тока. Практически они дают всю используемую энергию. Какие они имеют достоинства, преимущества и недостатки, нам предстоит выяснить сегодня на уроке. 3. Объяснение новой темы. Так как мы сегодня изучаем генераторы переменного тока, давайте вспомним: Вопрос: Что такое переменный ток? Ответ: Переменный ток можно рассматривать как вынужденное колебательное движение свободных электронов или вынужденные электромагнитные колебания силы тока и напряжения, меняющееся со временем по гармоническому закону. Переменный ток имеет преимущество перед постоянным, потому что напряжение и силу тока можно в очень широких пределах преобразовать (трансформировать) почти без потерь, а такие преобразования необходимы во многих электро- и радиотехнических устройствах. Но особенно большая необходимость трансформации напряжения и тока возникает при передаче электроэнергии на большие расстояния. Электрическая энергия обладает преимуществом перед всеми другими видами энергии: ее можно передавать по проводам на огромные расстояния со сравнительно малыми потерями и удобно распределять между потребителями. Главное же в том, что эту энергию с помощью достаточно простых устройств легко превратить в другие формы: механическую, тепловую, световую и т.д. Запишите в тетради преимущества переменного тока. В современной энергетике применяются индукционные генераторы переменного тока, действие которых основано на явлении электромагнитной индукции. Вопрос: Вспомните, что такое электромагнитная индукция, и кто открыл это явление? Ответ: Майкл Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, которое заключается в возникновении индукционного тока под действием переменного магнитного поля. (1 слайд комплекса) После открытия этого явления многие скептики, сомневаясь, спрашивали: «Какая от этого польза?» На что Фарадей ответил: «Какая может быть польза от новорожденного?» Прошло немногим более половины столетия и, как сказал американский физик Р.Фейнман, «бесполезный новорожденный превратился в чудо-богатыря и изменил облик Земли так, как его гордый отец не мог себе и представить». И этим богатырем, изменившим облик Земли, является генератор. Генератор это устройство, преобразующее энергию того или иного вида в электрическую энергию (запишите определение в тетрадь). (1 слайд комплекса) 3 Электрический ток вырабатывается в генераторах - Откройте учебник на странице 106 рисунок 97. Давайте вместе назовем и запишем в тетради, как устроен генератор, его основные части. - Что обозначено цифрой 1,2,3,4,5,6,7? 1. Ротор, вращающаяся часть генератора, создает магнитное поле от электромашины постоянного тока. 2. Статор, состоит из отдельных пластин для уменьшения нагрева от вихревых токов, пластины сделаны из электротехнической стали. 3. Щетки, неподвижные пластины, прижаты к кольцам и осуществляют связь обмотки ротора с внешней цепью. 4. Кольца, чтобы подводить ток к ротору и отводить из обмотки ротора во внешнюю цепь при помощи скользящих контактов. 5. Турбина, сочетание турбины с генератором переменного тока называется турбогенератором. 6. Станина, корпус, внутри которой размещены статор и ротор. 7. Возбудитель, генератор, вырабатываемый постоянный ток, который подводят к вращающему электромагниту. В настоящее время существуют различные модификации индукционных генераторов. Но все они состоят, из одних и тех же, частей это магнит или электромагнит, создающий магнитное поле, и обмотка в которой индуцируется ЭДС. Один из сердечников (обычно внутренний) вращается вокруг вертикальной или горизонтальной оси называется ротором. Неподвижный сердечник с его обмоткой называют статором. (1 слайд) Обратите внимание, в данной модели генератора вращается проволочная рамка, которая является ротором, магнитное поле создает неподвижный, постоянный магнит. При движении проводника его свободные заряды движутся вместе с ним. Поэтому на заряды со стороны магнитного поля действует сила Лоренца. ЭДС индукции, следовательно, имеет магнитное происхождение. На многих электростанциях земного шара именно сила Лоренца вызывает появление тока. ε = ε m sin ωt В больших промышленных генераторах вращается именно электромагнит, который является ротором. Обмотки, в которых наводится ЭДС, вложены в пазах статора появление ЭДС в неподвижных обмотках статора объясняется возникновением в них вихревого электрического поля, порожденного изменением магнитного потока при вращении ротора. Из закона электромагнитной индукции следует: ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром. Какова же должна быть скорость изменения магнитного потока, скорость вращения ротора, если в некоторых установках применяются токи в несколько килогерц и даже мегагерц? Для примера, попробуйте рассчитать скорость вращения ротора для стандартной частоты промышленного тока. Чтобы ответить на данный вопрос, вспомните: Вопрос: Чему равна частота промышленного тока? Ответ: Стандартная частота промышленного переменного тока равна 50 Гц во многих странах мира, в США частота равна 60Гц, это означает, что на протяжении 1 с. ток 50 раз 4 течет в одну сторону и 50 раз в противоположную. -Тогда сколько колебаний будет происходить в 1 минуту? Умножим на 60 сек. получается 3000 об/мин. Такая скорость нереальна и чтобы уменьшить скорость вращения, используют многополюсный магнит. Частота наводимой ЭДС определяется формулой ν = p*n, где р число пар полюсов индуктора, n частота вращения ротора. Так, роторы генераторов Угличской ГЭС на Волге имеют 48 пар полюсов, и скорость их вращения уменьшается, становится 62,5 об/мин. Мы живем в 21 веке и основой цивилизованного образа жизни, следовательно, и научнотехнического прогресса, является энергия, которой требуется все больше и больше. Казалось бы, вырабатывайте ее сколько угодно, пока есть полезные ископаемые, есть машины, вырабатывающие эту энергию. Но здесь возникает проблема. Эту проблему можно назвать - проблема «трех Э»: Энергетика + Экономика + Экология. Для бурного развития экономики, требуется все больше и больше энергии, увеличение выработки энергии - ведет к ухудшению экологии, наносит большой вред окружающей среде. Ведь энергетика является одной из самых загрязняющих отраслей народного хозяйства. При неразумном подходе происходит нарушение нормального функционирования всех компонентов биосферы (воздуха, воды, почвы, животного и растительного мира), а в исключительных случаях, подобных Чернобылю, под угрозой оказывается и сама жизнь. Поэтому главным должен стать подход с экологических позиций, учитывающих интересы не только настоящего, но и будущего. Между тем, ТЭС являются одними из основных загрязнителей атмосферы твердыми частицами золы, окислами серы и азота, а также углекислым газом, способствующим возникновению «парникового эффекта». Над городами образуются, так называемые острова тепла, из-за усиленного выброса энергии которых, нарушается нормальное течение атмосферных процессов. В сентябре этого года, мы все с вами были свидетелями образования торнадо над водохранилищем ГРЭС -2 в городе Сургуте. Вопрос: Кто сможет объяснить это явление? Ответ: Над поверхностью водохранилища образовался теплый воздушный фронт, в то время когда температура и давление окружающего воздуха были сравнительно низкими. Встреча, этих двух потоков и привела к образованию смерча. Важнейшими направлениями экологизации научно-технического процесса, должны стать внедрение ресурсосберегающих и безотходных технологий; переход к чистым и неисчерпаемым источникам энергии. Уже разрабатываются, так называемые топливные элементы, в которых энергия освобождается в результате реакции водорода с кислородом, получили широкое применение МГД генераторы. Строят электростанции разного типа, геотермальные, ветряные, солнечные и т.д. 4. Закрепление новой темы - решение качественных и количественных задач. Какими бы ни были типы электростанций, главное устройство на любом из них это генератор. Вопрос: Что называют генератором? Ответ: Генератор это устройство, преобразующее энергию того или иного вида в 5 электрическую. Вопрос: Назовите основные части генератора. Ответ: Ротор, статор. Вопрос: Фонари по дороге стоят одиноко. Десять герц частота переменного тока. Кто ответит мне ясно, без тени смущенья: Этот ток применяют ли для освещения? Ответ: Нет. Вопрос: Генератор переменного тока имеет на роторе 6 пар полюсов. Какой должна быть частота вращения ротора, чтобы генератор вырабатывал ток стандартной частоты? Ответ: (500 об/мин) 5. Проверка знаний (задания комплекса 1-6) 6. Подведение итогов. Сегодня на уроке, мы с вами разобрали принцип действия генератора, этого внушительного сооружения из проводов, изоляционных материалов, стальных конструкций. Не перестаю удивляться, как при таких огромных размерах в несколько метров важнейшие детали генераторов изготавливаются с точностью до миллиметра. Нигде в природе нет такого сочетания движущихся частей, которые могли бы порождать, электрическую энергию столь же непрерывно и экономично. А теперь постарайтесь ответить на вопрос, поставленный в начале урока. - Какие достоинства и недостатки у генератора переменного тока? Выставление оценок в журнал. Домашнее задание. 37 Автор: Касимова М.И. ГБОУ ЦО 133 г. Санкт-Петербург УРОК ПО ФИЗИКЕ В 9 КЛАССЕ ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ РАБОТА В ГРУППАХ: ИСТОРИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАТОРЫ ТЕОРЕТИКИ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ ПРОВЕРКА РАНЕЕ ИЗУЧЕННОГО Примерный банк заданий по физике 11 класс погружение 3 (базовый уровень) часть 1 Механические колебания. 1.Механическим колебательным движением называют 1) Движение, при котором состояния тела с течением Тема 9. Электрические машины переменного тока Вопросы темы.. Классификация машин переменного тока.. Устройство и принцип работы асинхронного двигателя. 3. Создание вращающегося магнитного поля. 4. Скорость Учитель физики Шпаковская О.Ю. 9 класс Урок по теме "Электромагнитная индукция" Цель: изучить понятие электромагнитной индукции. Учащиеся должны знать: понятие электромагнитной индукции; понятие индукционный Блок разработок (рабочие листы + примерное планирование уроков) для использования компьютерных лабораторий комплекса «Интерактивные лаборатории по физике» на уроках в 11 классе (или в других классах по Тема 13 Синхронные генераторы, двигатели План 1. Конструкция синхронного генератора 2. Принцип действия синхронного генератора 3. Конструкция синхронного двигателя 4. Принцип действия синхронного двигателя Тема: Лекция 39 Вынужденные колебания в цепи переменного тока. Индуктивность и емкость в цепи переменного тока. Векторные диаграммы. Закон Ома для цепи переменного тока. Мощность переменного тока. Резонанс Конспект урока по технологии 8 класс Урок 29. Тема: Электрические двигатели Цель: изучить устройство и принцип действия электрических двигателей различных конструкций; ознакомиться с принципом работы асинхронного Вращение рамки в магнитном поле. Переменный ток 3. Трансформаторы Тема 3. Переменный ток. Вращение рамки в магнитном поле Явление электромагнитной индукции применяется для преобразования механической МБОУ Школа 57 г.о. Самара Физика 8 класс Источники электрического тока Электрический ток упорядоченное движение заряженных частиц. Для существования электрического тока необходимы следующие условия: 1. 4 ЛИНЕЙНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА И МЕТОДЫ ИХ РАСЧЕТА 4.1 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ. ПРИНЦИП ГЕНЕРИРОВАНИЯ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА 4.1.001. Электрическая машина (ЭМ) 4.1.002. По направлению Урок физики в 8 классе 1. ФИО (полностью) Вольнова Светлана Юрьевна 2. Место работы МБОУ СОШ 3 3. Должность Учитель физики 4. Предмет Физика 5. Класс 8 6. Тема урока Электрический ток. Источники электрического Тема 8.1. Электрические машины. Генераторы постоянного тока Вопросы темы 1. Электрические машины постоянного и переменного тока. 1. Устройство и принцип работы генератора постоянного тока. 2. ЭДС и вращающий Тема 2.3. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ 1. Явление электромагнитной индукции (опыты Фарадея) 2. Закон Фарадея 3. Вихревые токи (токи Фуко) 4. Индуктивность контура. Самоиндукция 5. Взаимная индукция 1. Явление Блок 9. Электромагнитная индукция. Переменный ток. Лекции: 9.1 Явление электромагнитной индукции. Магнитный поток. Закон электромагнитной индукции. Причины возникновения индукционного тока: сила Лоренца Контрольный тест по физике Электромагнитное поле 9 класс 1 вариант 1. К магнитной стрелке (северный полюс голубого цвета), которая может поворачиваться вокруг вертикальной оси, перпендикулярной плоскости ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н. ТУПОЛЕВА-КАИ» Зеленодольский институт машиностроения 3.13 Работа, совершаемая при перемещении тока в магнитном поле Поместим в однородное магнитное поле не закрепленный проводник с током. На него будет действовать сила Ампера. В результате проводник начнет И. В. Яковлев Материалы по физике MathUs.ru Переменный ток. 1 Темы кодификатора ЕГЭ: переменный ток, вынужденные электромагнитные колебания. Переменный ток это вынужденные электромагнитные колебания, вызываемые Конденсатор колебательного контура длительное время подключён к источнику постоянного напряжения (см. рисунок). В момент t = 0 переключатель К переводят из положения 1 в положение 2. Графики А и Б представляют ПРИМЕРНЫЙ БАНК ЗАДАНИЙ ПО ФИЗИКЕ 11 КЛАСС (БАЗОВЫЙ УРОВЕНЬ) погружение 2 Магнитное поле. Однородное и неоднородное магнитное поле 1.Какое вещество совсем не притягивается магнитом? 1) Сталь 2) Стекло 3) 1 Синхронные электрические машины Общие сведения и элементы конструкции Лекции профессора Полевского В.И. Синхронными машинами называются электрические машины переменного тока, у которых магнитное поле, Асинхронные машины Асинхронная машина это машина, в которой при работе возбуждается вращающееся магнитное поле (ВМП), нороторкоторойвращаетсяасинхронно, т.е. со скоростью, отличной от скорости поля. Достоинства: Приложение 1 Тест по теме: Действие магнитного поля на проводник с током. Электродвигатель. Вариант 1 Вариант 2 1 Возле проводника с током расположена магнитная стрелка. Как изменится ее направление, если 9. Автоколебания возбуждаются в колебательном контуре генератора на транзисторе за счет энергии источника постоянного напряжения. В генераторе используется транзистор, т. е. полупроводниковое устройство, Колебания. Лекция 3 Генератор переменного тока Для пояснения принципа действия генератора переменного тока рассмотрим сначала, что происходит при вращении плоского витка провода в однородном магнитном Электромагнитные колебания. 1. Собственная частота электромагнитных колебаний в контуре 5 кгц, емкость конденсатора 1 мкф. Индуктивность катушки в этом случае равна A) 4 мгн. B),4 мгн. C) мгн. D),9 мгн. Оценочные материалы промежуточной атестации по физике 10 класс Вариант I. 1. На рисунке 1.01 показан график зависимости скорости движения тела от времени. Какой из предложенных графиков выражает график Обязательный минимум по предмету физика 11 класс 1 полугодие Основные понятия: Магнитное поле. Взаимодействие токов. Магнитное поле. Индукция магнитного поля. Сила Ампера. Сила Лоренца. Электромагнитная МЕХАНИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ Вариант 1 1. На рисунке 1 представлен график зависимости от времени координаты х тела, совершающего гармонические колебания вдоль оси Ох. Чему равен период колебаний ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1 ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА С НЕЗАВИСИМЫМ И ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ Цель работы: 1. Ознакомиться с конструкцией электрической машины постоянного тока.. Изучить принцип действия генератора Домашняя работа по физике за 11 класс к учебнику «Физика. 11 класс» Г.Я Мякишев, Б.Б. Буховцев, М.: «Просвещение», 000 г. учебно-практическое пособие 3 СОДЕРЖАНИЕ Глава 1. Электромагнитная индукция Упражнение Тема 9.3. Синхронные машины переменного тока Вопросы темы. 1. Устройство и принцип действия синхронного генератора 2. Реакция якоря 3. Характеристики синхронного генератора 4. Работа синхронной машины МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА УРОКА Учитель: Голяшова Елена Владимировна Тема урока: Электрический ток. Источники электрического тока. Гальванические элементы и аккумуляторы. Класс: 8 Тип урока: изучение нового «Электромагнитная индукция. Опыт Фарадея. Правило Ленца» Тип урока: изучение нового материала. Класс: 9 Б класс Цели урока: I. Обучающая 1. Закрепление знаний по теме «Индукция магнитного поля, Магнитный Арданян А.М. 1 Урок 2/11. Явление электромагнитной индукции. Индукционный ток. Правило Ленца. (? учитель,! учащиеся) условное обозначение.? На прошлых занятиях мы узнали, что магнитных зарядов не существует.! ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 2 «Исследование резольвера» Цель работы: изучение принципов действия и характеристик резольверов (вращающихся трансформаторов), используемых в системах автоматического управления. Магнитное поле Явление электромагнитной индукции. Закон электромагнитной индукции Фарадея. Правило Ленца. Вихревое электрическое поле. Токи Фуко. Генератор, электродвигатель. Явление электромагнитной индукции Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО "Уральский государственный технический университет УПИ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина" Кафедра "Электротехника и электротехнологические системы" ЧАСТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ШКОЛА «МОИ ГОРИЗОНТЫ» ГОРОДА СЕВАСТОПОЛЬ Разработчик Шокель О.И. Урок физики в 8 классе Тема: «Опыты Фарадея. Электромагнитная индукция». Цели: образовательные: КАРТА СХЕМА ПРОРАБОТКИ ТЕМЫ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ СТАЦИОНАРНЫХ ТОКОВ ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ И ЕДИНИЦА ИХ ИЗМЕРЕНИЯ В СИ Вектор магнитной индукции B Связь В и Н Вектор напряженности магнитного Явление электромагнитной индукции Можно ли в проводнике (без подключения источника питания) создать электрический ток с помощью магнитного тока? В промозглый декабрьский день 1821 года, в лаборатории |
