Трансформатор. Производство, передача и потребление электроэнергии.

Одним из преимуществ переменного электрического тока перед постоянным является возможность

его трансформации (преобразования), т. е. изменения напряжения тока без изменения частоты.

Трансформатор – прибор для преобразования напряжения переменного электрического тока.

Современный трансформатор состоит из замкнутого железного сердечника, и двух обмоток,

надетых на него.Обмотка, на которую подают напряжение, называется первичной.

Обмотка, с которой снимают преобразованное напряжение, называется вторичной.

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции.

Протекающий по первичной обмотке переменный ток создаёт около этой катушки переменное

магнитное поле: В ≠Const. Железный сердечник усиливает это поле. В этом поле находится вторичная обмотка. Магнитный пток через неё меняется и вней возникает переменный индукционный ток.

Пусть: U₁- напряжение подаваемое на первичную обмотку.

U₂- напряжение снимаемое со вторичной обмотки

N₁ – число витков в первичной обмотке. N₂ – число витков во вторичной обмотке.

к =U₁ /U₂ = N₁/N₂ – коэффициент трансформации. (формула справедлива только для холостого

хода) к >1, если U₁ >U₂ или N₁ > N₂ , т. е. трансформатор понижающий.

к <1, если U₁ <U₂ или N₁ < N₂ , т. е.трансформатор повышающий.

КПД трансформатора близок к 1, т.е. Р₁ ≈ Р₂, где Р₁ = U₁I₁ - мощность выделяющаяся на первичной обмотке. Р₂ = U₂I₂ - мощность выделяющаяся на вторичной обмотке ( потребляемая нагрузкой)

I₁ – ток в первичной обмотке . I₂ – ток во вторичной обмотке

U₁I₁ = U₂I₂ U1 /U₂ = I₂ / I₁, т. е. Во сколько раз трансформатор увеличиваем напряжение, во столько раз уменьшает силу тока.

Переменный электрический ток получают с помощью генераторов на электростанциях.

Виды электростанций:

1. ТЭС – тепловые электростанции преобразуют тепловую энергию сгоревшего топлива в электрическую. В них ротор генератора вращается за счёт энергии падающей с плотины воды.

2. ГЭС – гидроэлектростанции преобразуют энергию воды в электрическую.

3. АЭС – атомные электростанции преобразуют энергию выделяющуюся при ядерных реакциях в электрическую. В ГЭС и АЭС ротор вращается за счёт энергии пара.

Полученный переменный ток по ЛЭП( линиям электропередач) передаётся потребителям.

При этом неизбежны потери электроэнергии за счёт нагрева проводов.

Q_потерь = I²R_{проводов}t I – сила тока в ЛЭП R_{проводов} – сопротивление проводов.

Для уменьшения потерь надо уменьшить силу тока в ЛЭП.

Для этого на входе в ЛЭП ставят повышающий трансформатор, тем самым увеличивая напряжение и пропорционально снижая силу тока. Поэтому все ЛЭП высоковольтные.

Т. к. потребителю не нужно высокое напряжение, то на выходе из ЛЭП, ставят понижающий трансформатор, снижая напряжение до необходимого (трансформаторная подстанция).

Схема передачи электроэнергии.

ГЭС повыш. тр-р ЛЭП пониж. тр-р потребители

P₁ = U₁I₁Cos φ₁ – мощность, потребляемая первичной обмоткой.

P₂ = U₂I₂Cos φ₂ – мощность, потребляемая нагрузкой.

При работе трансформатора Р₁ > Р₂. Потери энергии происходят за счет мощности потребляемой вторичной обмоткой, нагревания сердечника вихревыми токами и потери на перемагничивание сердечника.

η = P₂ /P₂ = U₂I₂Cos φ₂/ U₁I₁Cos φ₁ – КПД трансформатора.

При номинальной нагрузке трансформатора φ₁ ≈ φ₂ и Р₁ ≈ Р₂, т.е. КПД близок к единице

( потери составляют 1% - 2 %)

Тогда: U₂I₂ ≈ U₁I₁ → U₂/ U₁ ≈ I₁ /I₂, т. е. во сколько раз мы увеличиваем напряжение с помощью трансформатора, во столько раз уменьшаем силу тока и наоборот.

Изопропессы.

Изопроцессом называют процесс, происходя­щий с данной массой газа при одном постоянном па­раметре — температуре, давлении или объеме. Из уравнения состояния как частные случаи получаются законы для изопроцессов.

Изотермическим называют процесс, проте­кающий при постоянной температуре. Т = const. Он описывается законом Бойля-Мариотта. pV = const.

Изохорным называют процесс, протекающий при постоянном объеме. Для него справедлив закон Шарля. V = const. p/T = const.

Изобарным называют процесс, протекающий при постоянном давлении. Уравнение этого процесса имеет вид V/T == const при р = const и называется за­коном Гей-Люссака. Все процессы можно изобразить графически.

3.Решите задачу: определите показатель преломления скипидара, если известно, что при угле

падения 45º угол преломления равен 30º.

Решение: по закону преломления света sin45⁰/sin30⁰=n. Подставляя значения и вычисляя, получаем относительный показатель преломления скипидара 1.414.

Билет №26

1. Уравнение состояния идеального газа. (Уравнение Менделеева- Клапейрона).

Состояние данной массы полностью определе­но, если известны давление, температура и объем га­за. Эти величины называют параметрами состояния газа. Уравнение, связывающее параметры состояния, называют уравнением состояния.

Для произвольной массы газа единичное со­стояние газа описывается уравнением Менделеева— Клапейрона: pV = mRT/M, где р — давление, V —объем, т — масса, М — молярная масса, R — уни­версальная газовая постоянная. Физический смысл универсальной газовой постоянной в том, что она по­казывает, какую работу совершает один моль иде­ального газа при изобарном расширении при нагре­вании на 1 К (R = 8,31 Дж/моль • К).

Уравнение Менделеева—Клапейрона показы­вает, что возможно одновременно изменение пяти параметров, характеризующих состояние идеального газа. Однако многие процессы в газах, происходящие в природе и осуществляемые в технике, можно рас­сматривать приближенно как процессы, в которых изменяются лишь два параметра из пяти. Особую роль в физике и технике играют три процесса: изо­термический, изохорический и изобарный.

Реальные газы удовлетворяют уравнению со­стояния идеального газа при не слишком высоких давлениях (пока собственный объем молекул прене­брежительно мал по сравнению с объемом сосуда, в котором находится газ) и при не слишком низких температурах (пока потенциальной энергией межмо­лекулярного взаимодействия можно пренебречь по сравнению с кинетической энергией теплового дви­жения молекул), т. е. для реального газа это уравнение и его следствия являются хорошим приближением.