Коэффициент трансформации – величина, равная отношению напряжений в первичной и вторичной обмотках трансформатора:

k = = =

Коэффициент трансформации определяется отношением числа витков в первичной и вторичной обмотках.

При k >1 трансформатор повышающий, при k < 1 – понижающий.

Потери на нагревание проводов и сердечников малы, поэтому Ф1»Ф2.

Магнитный поток пропорционален силе тока в обмотке и количеству витков Ф = nLI

Отсюда n1I1 = n2I2, т.е. ≈ =

Трансформатор увеличивает напряжение в k раз, уменьшая во столько же раз силу тока.

Трансформатор не может повышать мощность (см.закон сохранения энергии)

Переменный ток в обмотках вызывает индукционные токи в стальном сердечнике трансформатора.

Для уменьшения потерь энергии, вызванных вихревыми токами в сердечнике трансформатора (токи Фуко), сердечник ламинируют, т.е. изготавливают из тонких, изолированных друг от друга пластин или свивают из тонкой металлической ленты.

В небольших трансформаторах в качестве материала сердечника часто используют ферриты – ферромагнетики, имеющие значительное сопротивление по сравнению с сопротивлением железа.

На холостом ходу ток в первичной обмотке Iхх определяется в основном только ее индуктивным сопротивлением, которое во много раз превышает активное сопротивление обмотки.

В реальных трансформаторах следует учитывать сопротивление обмоток (при увеличении тока на них, согласно закону Ома, падает напряжение) и потери на перемагничивание сердечника.

Суммарные потери энергии в трансформаторах не превышают 2-3%.

Особенностью классического трансформатора является отсутствие гальванической (непосредственной) связи цепей первичной и вторичной обмоток.

Используя несколько вторичных обмоток, можно получать на одном трансформаторе несколько выходных напряжений, что весь удобно.

Существуют автотрансформаторы, у которых вторичное напряжение снимается с части первичной обмотки. Таким образом у них первичная и вторичная обмотки совмещены и гальванически связаны.

ДОБАВИТЬ СВАРОЧНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР (???)

ПРОИЗВОДСТВО, ПЕРЕДАЧА И ПОТРЕБЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ (уч.11кл.стр.134)

Генерация электроэнергии (см.выше «Генератор переменного тока»)

Потери электроэнергии в линиях передачи

Схема передачи электроэнергии потребителям

Электрическая энергия производится вблизи источников топлива или гидроресурсов, в то время, как ее потребители могут находится очень далеко.

При большой длине линии электропередач ее электрическое сопротивление становится значительным, что приводит к существенным потерям.

Потери мощности в проводах составляют:

Pп = r (Вт/м)

где P – мощность источника тока (генератора)

U – передаваемое напряжение

r – сопротивление линии

r = ρ , где ρ – удельное сопротивление провода, l – длина провода, S – сечение провода

Тогда потери в линии:

Pп = r = ρ

Значительно уменьшить сопротивление линии практически невозможно. Поэтому уменьшение потерь мощности в линиях электропередач (ЛЭП) достигается за счет повышения передаваемого напряжения.

Потери мощности обратно пропорциональны квадрату передаваемого напряжения.

Напряжение повышают с 20кВ до 400-500кВт. Изменение напряжения технически затруднено для постоянного тока, но легко решаемо для переменного.

Это определяет повсеместное применение ЛЭП переменного тока, в которых изменение напряжения осуществляется трансформаторами.

Схема передачи электроэнергии потребителю

Обычно генераторы переменного тока вырабатывают на электростанциях напряжение не более 20кВ, так как при более высоких напряжениях резко возрастает возможность электрического пробоя изоляции обмоток катушек и других частях генераторов.

Для сохранения передаваемой мощности (снижения потерь) на электростанциях ставят мощные повышающие трансформаторы.

Напряжение в ЛЭП ограничено: при больших напряжениях возникают разряды между проводами, приводящие к потерям энергии.

Для использования электроэнергии на промышленных предприятиях осуществляется снижение напряжения понижающими трансформаторами.

Дальнейшее снижение напряжения до порядка 4кВ необходимо для энергораспределения по местным сетям.

Менее мощные трансформаторы снижают напряжение до бытового уровня 380В , 220В используемое индивидуальными потребителями.

В России и странах ЕС используется переменное напряжение с частотой 50Гц. Такая частота выбрана с учетом инерционности человеческого зрения и достаточна для того, чтобы человеческий глаз не замечал изменения интенсивности излучения ламп накаливания.

В США, Японии и других странах принята частота 60Гц.

ИДЕИ ТЕОРИИ МАКСВЕЛЛА

ДОБАВИТЬ

Изменяющееся магнитное поле, согласно гипотезе Максвелла, является наряду с движущимися свободными зарядами источником магнитного поля.

Магнитоэлектрическая индукция – явление возникновения магнитного поля в переменном электрическом поле.

Электромагнитная индукция – явление возникновения электрического поля в переменном магнитном поле.

Между электрическим и магнитным полями существует взаимосвязь и прослеживается симметрия: переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле (электромагнитная индукция), а переменное электрическое поле порождает вихревое магнитное (магнитоэлектрическая индукция). Эти поля образуют единое электромагнитное поле.

Максвелл подробно разработал математическую теорию электромагнитной волны и вывел формулы ее распространения.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ

С современной точки зрения в природе су­ществует совокупность двух полей — электрического и магнитного — это электромагнитное поле, оно представляет собой особый вид материи, т.е. су­ществует объективно, независимо от нашего созна­ния.

Любое изменение магнитного потока в контуре вызывает появление в нем индукционного тока. Его появление объясняется возникновением вихревого электрического поля при любом изменении магнитного поля.

Вихревое электрическое поде обладает тем же свойством, что и обыкновенное – порождать магнитное поле. Таким образом, однажды начавшийся процесс взаимного порождения магнитного и электрического полей непрерывно продолжается.

Электрическое и магнитные поля, составляющие электромагнитные волны, могут существовать и в вакууме, в отличие от других волновых процессов.

Магнитное поле всегда порождается перемен­ным электрическим, и, наоборот, переменное элек­трическое поле всегда порождает переменное магнит­ное поле.

Электрическое поле, вообще говоря, можно рассматривать отдельно от магнитного, так как носи­телями его являются частицы — электроны и прото­ны. Магнитное поле без электрического не существу­ет, так как носителей магнитного поля нет.

Вокруг проводника с током существует магнитное поле, и оно порождается переменным электрическим полем движущихся заряженных частиц в проводнике.

Английский ученый Джеймс Максвелл на основании изучения экспериментальных работ Фарадея по электричеству высказал гипотезу о существо­вании в природе особых волн, способных распростра­няться в вакууме.

Эти волны Максвелл назвал электромагнитными волнами.

Электромагнитная волна – переменное электромагнитное поле, распространяющееся в пространстве.

По представлениям Макс­велла: при любом изменении электрического поля возникает вихревое магнитное поле и, наоборот, при любом изменении магнитного поля возникает вихревое электрическое поле.

Однажды начавшийся процесс взаимного порождения магнитного и элек­трического полей должен непрерывно продолжаться и захватывать все новые и новые области в окру­жающем пространстве.

Процесс взаимопо­рождения электрических и магнитных полей проис­ходит во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Переменное электрическое поле порождает вихревое магнитное поле, переменное магнитное поле порож­дает вихревое электрическое поле.

Электрические и магнитные поля могут суще­ствовать не только в веществе, но и в вакууме. По­этому должно быть возможным распространение электромагнитных волн в вакууме.

Экспериментально электромагнитные волны были получены в 1887 г. в Берлинском университете Г.Герцем. Источником возмущения электромагнитного поля являлись колебания в высоковольтном искровом разряднике - вибраторе Герца, представляющим из себя прямолинейный проводник в воздушным промежутком посередине, обладающий свойствами колебательного контура. Вибратор можно рассматривать, как открытый колебательный контур.

Высокое напряжение, подаваемое на вибратор, вызывало возникновение в нем искрового разряда. Спустя мгновение искровой разряд возникал в воздушном промежутке аналогичного вибратора (резонатора), замкнутого накоротко и расположенного на расстоянии в несколько метров от вибратора.

Объяснение результатов опытов Герца оказалось возможным с помощью теории Максвелла.

Герц опытным путем определил также ско­рость электромагнитных волн. Она совпала с теоре­тическим определением скорости волн Максвеллом.

Простейшие электромагнитные волны — это волны, в которых электрическое и магнитное поля совер­шают синхронные гармонические колебания.

Электромагнитные волны обладают всеми основными свойствами волн.

Они подчиняются закону отражения волн: угол падения равен углу отражения.

При прохождении границы раздела двух сред частично отражаются, частично преломляются. От поверхности диэлектрика не отражаются, от металлов отражаются практически полностью.

При переходе из одной среды в другую преломляются и подчиня­ются закону преломления волн: отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть вели­чина постоянная для двух данных сред и равная отношению скорости электромагнитных волн в первой среде к скорости электромагнитных волн во второй среде и называется показателем преломле­ния второй среды относительно первой.

Явление дифракции электромагнитных волн, т.е. отклонение направления их распространения от прямолинейного, наблюдается у края преграды или при прохождении через отверстие.

Электромагнит­ные волны способны к интерференции.

Интерферен­ция — это способность когерентных волн к наложе­нию, в результате чего волны в одних местах друг друга усиливают, а в других местах — гасят.

(Когерентные волны — это волны, одинаковые по частоте и фазе колебания.)

Электромагнитные волны обладают дисперсией, т.е. когда показатель прелом­ления среды для электромагнитных волн зависит от их частоты.

Электромагнитные волны обладают свойствами интерференции (опыт Герца), дифракции (алюминиевая пластинка), поляризации (сетка).

Опыты с пропусканием электромагнит­ных волн через систему из двух решеток показы­вают, что эти волны являются поперечными.

При распространении электромагнитной вол­ны векторы напряженности Е и магнитной индук­ции В перпендикулярны направлению распростра­нения волны и взаимно перпендикулярны между со­бой.

Возникающая и распространяющаяся в пространстве электромагнитная волна является поперечной: направление векторов напряженности электрического поля и индукции магнитного поля перпендикулярны друг другу и направлению распространения волны.

С помощью радиоволн осуществляется переда­ча на расстояние не только звуковых сигналов, но и изображения предмета.

Большую роль в современном морском флоте, авиации и космонавтике играет ра­диолокация. В основе радиолокации лежит свойство отражения волн от проводящих тел. От поверхности диэлектрика электромагнитные волны отражаются слабо, а от поверхности металлов почти полностью.

Из опытов с интерференцией была установлена скорость распространения электромагнитных волн, составившая приблизительно 3*108 м/с.

Так как сила тока пропорциональна скорости движения заряженных частиц, то электромагнитная волна возникает, если скорость движения заряженных частиц зависит от времени.

Излучение электромагнитных волн возникает при укоренном движении электрических зарядов.

Электрическое поле действует на частицу. Частица получает ускорение a ~ E. Рассматривая процесс в обратном направлении, можно утверждать, что напряженность электрического поля в излучаемой электромагнитной волне пропорционально ускорению излучающей заряженной частицы:

 E ~ a

Выясним, как энергия излучения зависит от ее ускорения.

Ускорение заряженной частицы под действием поля определяется из второго закона Ньютона:

a = =

где q – заряд частицы, m – масса частицы

Объемная плотность энергии в электромагнитной волне складывается из объемных энергий электрического и магнитного полей, равных друг другу в любой момент времени:

ωэм = ωэ + ωм = 2ωэ

Учитывая, что для электрического поля ωэ = :

ωэм = εε0E2 , в вакууме ωэм = ε0E2

Энергия излучаемой электромагнитной волны пропорциональна квадрату ускорения излучающей частицы:

E ~ a ; ωэ ~ E2 Þ ωэ ~ a2

Плотность энергии электрической и магнитной компоненты равны между собой:

 =  Þ E2 – v2B2 = 0

ДОБАВИТЬ ПРО ЭНЕРГИЮ ВОЛНЫ

ШКАЛА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН

Радиоволны - от 10-6 до 5*104 м .

Длины от 10-6 м до 780 нм – инфракрасные волны.

Видимый свет – от 780 нм до 400 нм.

Ультрафиолетовое излучение – от 400 до 10 нм.

Рентгеновское излучение - от 10 нм до 10 пм.

Меньшим длинам волны соответствует гамма-излучение.

Чем меньше длина волны (следовательно, выше частота) тем меньше волны поглощаются средой.

Радиоволны впервые открыты Герцем в 1886 г.

Источником радиоволн, так же как и волн звуковых частот, является переменный ток.

Большая частота радиоволн по сравнению с волнами звуковых частот приводит к заметному излучению радиоволн в окружающую среду. Это позволяет использовать их для передачи информации на значительное расстояние (радиовещание, телевидение, радиолокация)

Сверхвысокочастотное (СВЧ) излучение, или микроволновое излучение – 109-3*1011Гц, λ = 1 мм – 0.3 м

Источник СВЧ-излучения – изменение направления спина валентного электрона атома или скорости вращения молекул вещества.

Учитывая «прозрачность» атмосферы в этом диапазоне, СВЧ-излучение используют для космической связи. Используется в микроволновых печах.

Инфракрасное (ИК) излучение – 3*1011-3.85*1014Гц, λ = 780 нм – 1 мм

ИК-излучение было открыто в 1800 г. английским астрономом Уильямом Гершелем.

Он обнаружил наибольшее нагревание термометра вне области видимого света (за красной областью). Невидимое излучение, учитывая его место в спектре, назвали «инфракрасным»

Источником ИК-излучения являются колебание и вращение молекул вещества, поэтому ИК-волны излучают нагретые тела, молекулы которых движутся особенно интенсивно.

Часто ИК-излучение называют тепловым.

Видимый свет – λ = 380-780 нм, 3.85*1014-7.89*1014 Гц (достаточно узкий диапазон)

Источников видимого света являются валентные электроны в атомах и молекулах, изменяющие свое положение в пространстве, а также свободные заряды, движущиеся ускоренно.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64