Меню

Переменный ток цель урока

Разработка урока по теме «Переменный ток»

Нажмите, чтобы узнать подробности

Разработка изучения нового материала по теме «Переменный ток»

Просмотр содержимого документа
«Разработка урока по теме «Переменный ток»»

Тема урока: «Переменный электрический ток»

Тип урока: изучение нового материала

Задачи урока:

Повторение, обобщение и углубление знаний об электромагнитных колебаниях.

Проверить качество и прочность усвоения материала по изученным темам, уровень осмысления и обобщения.

Развивать умение наблюдать, сравнивать и сопоставлять изучаемые явления, выделять общие признаки.

Научить объяснять явления природы, зная законы физики.

Развитие коммуникативных способностей учащихся.

Воспитывать познавательный интерес, любознательность, активность, аккуратность при выполнении заданий, интерес к изучаемому предмету.

Образовательная: сформировать у учащихся представление о переменном токе. Рассмотреть основные особенности активного сопротивления. Раскрыть основные понятия темы.

Развивающая: развивать у учащихся умение применять полученные знания о переменном токе в практическом применении в быту, технике и на производственной практике; развивать интерес к знаниям, способность анализировать, обобщать, вы­делять главное.

Воспитательная: привить уважение к науке. Воспитывать у учащихся чувство требовательности к себе, дисциплинированность. Расширить рамки окружающего мира учащихся.

1.Организационный момент (объявление темы, задач и целей урока, психологическая подготовка учащихся к уроку).

Этот урок посвящён вынужденным электромагнитным колебаниям и переменному электрическому току. Вы узнаете,

— каким образом можно получить переменную ЭДС;

— какие соотношения существуют между силой тока и напряжением в цепях переменного тока;

— в чём разница между действующими и амплитудными значениями силы тока и напряжения.

2.Актуализация опорных знаний

1) Вопросы для фронтального опроса:

Какие колебания называются электромагнитными?

В каком устройстве создаются электромагнитные колебания?

Из каких частей состоит колебательный контур?

От каких величин зависит частота и период колебаний в контуре?

Как будут меняться колебания в реальном контуре с течением времени?

Что приводит к затуханию колебаний?

3.Объяснение нового материала

1) Переменный ток

В электростатических машинах, гальванических элементах, аккумуляторах ЭДС с течением времени не меняла своего направления. В такой цепи ток шёл всё время, не меняя ни величины, ни направления и поэтому назывался постоянным.

Электрическая энергия обладает неоспоримым преимуществом перед всеми другими видами энергии. Её 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 любые другие формы: механическую, внутреннюю, энергию света и т.д. На практике можно увидеть множество различных устройств, в которых электрическая энергия превращается в другие виды энергии. Примерами такого оборудования являются: картофелечистка, электромясорубка, хлеборезка…

Всё это оборудование и многое другое включается в цепь, в которой протекает переменный электрический ток.

Переменный ток генерируется на электростанциях. Происходит рождение переменной ЭДС, которая многократно и непрерывно меняет свою величину и направление. Это происходит в генераторах – это машины, в которых ЭДС возникает в результате явления электромагнитной индукции.

Переменный ток имеет преимущество перед постоянным: напряжение и силу тока можно в очень широких пределах преобразовывать, трансформировать почти без потерь энергии.

Так что же представляет собой переменный электрический ток?

Электрический ток, изменяющийся во времени, называют переменным.

Переменный электрический ток вырабатывается в генераторах переменного тока, принцип работы которых основан на законе электромагнитной индукции. Вращение генератора осуществляется механическим двигателем, использующим тепловую, гидравлическую или атомную энергию.

Простейшей моделью такого генератора служит проволочный виток, который вращается в однородном магнитном поле.

Поток магнитной индукции Ф, пронизывающий проволочную рамку площадью S, пропорционален косинусу угла α между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции: Ф = BS cos α

При равномерном вращении рамки угол а увеличивается прямо пропорционально времени: α = ωt,

где — угловая скорость вращения рамки.

Поток магнитной индукции меняется по гармоническому закону: Ф = BS cos ωt

Здесь величина ω играет уже роль циклической частоты.

Согласно закону электромагнитной индукции ЭДС индукции в рамке равна взятой со знаком «-» скорости изменения потока магнитной индукции, т. е. производной потока магнитной индукции по времени:

Ф = BScos α = BScos ωt

e = – Ф = – BS∙(cos ωt) = BSωsin ωt = εmsin ωt,

где εm = BS∙ω – амплитуда ЭДС индукции.

Если к рамке подключить колебательный контур, то угловая скорость ω вращения рамки определит частоту ω колебаний значений ЭДС, напряжения на paзличныx участках цепи и силы тока.

Мы будем изучать в дальнейшем вынужденные электрические колебания, происходящие в цепях под действием напряжения, меняющегося с циклической частотой ω по закону синуса или косинуса:

u = Um ∙ sin ωt или u = Um cos ωt

где Um— амплитуда напряжения, т. е. максимальное по модулю значение напряжения.

Если напряжение меняется с циклической частотой ω, то и сила тока в цепи будет меняться с той же частотой. Но колебания силы тока не обязательно должны совпадать по фазе с колебаниями напряжения. Поэтому в общем случае сила тока і в любой момент времени (мгновенное значение силы тока) определяется по формуле:

i= Im∙sin (ωt + φc)

Здесь Im — амплитуда силы тока, т. е. максимальное по модулю значение силы тока, а φc — разность (сдвиг) фаз между колебаниями силы тока и напряжения.

В промышленных цепях переменного тока сила тока и напряжение меняются гармонически с частотой v = 50 Гц. Переменное напряжение на концах цепи создается генераторами на электростанциях.

Рассмотрим принцип действия генератора: возьмем рамку, состоящую из n витков, и соединим ее с гальванометром с помощью колец и скользящих по ним контактов (щеток). Когда рамка вращается в магнитном поле постоянного магнита, то стрелка гальванометра совершает колебания около положения равновесия. Это означает, что в цепи появился переменный ток. Этот опыт моделирует работу генератора переменного тока. Конструкция и действие реального генератора, используемого в промышленности, значительно сложнее.

2) Активное сопротивление

Пусть цепь состоит из соединительных проводов и нагрузки с малой индуктивностью и большим сопротивлением R. Эту величину, которую мы до сих пор называли электрическим сопротивлением или просто сопротивлением, теперь будем называть активным сопротивлением.

Сопротивление R называется активным, потому что при наличии нагрузки, обладающей этим сопротивлением, цепь поглощает энергию, поступающую от генератора.

Эта энергия превращается во внутреннюю энергию проводников — они нагреваются. Будем считать, что напряжение на зажимах цепи меняется по гармоническому закону: u = Um sin ωt

Как и в случае постоянного тока, мгновенное значение силы тока прямо пропорционально мгновенному значению напряжения. Поэтому для нахождения мгновенного значения силы тока можно применить закон Ома:

Из этой формулы следует, что колебания силы тока на резисторе совпадают по фазе с колебаниями напряжения. Амплитуда силы тока определяется равенством

Мощность в цепи с резистором

В цепи переменного тока промышленной частоты (v = 50 Гц) сила тока и напряжение изменяются сравнительно быстро. Поэтому при прохождении тока по проводнику, например по нити электрической лампочки, количество выделенной энергии также будет быстро меняться со временем. Но этих быстрых изменений мы не замечаем.

Как правило, нам нужно бывает знать среднюю мощность тока на участке цепи за большой промежуток времени, включающий много периодов. Для этого достаточно найти среднюю мощность за один период. Под средней за период, мощностью переменного тока понимают отношение суммарной энергии, поступающей в цепь за период, к периоду.

Мощность в цепи постоянного тока на участке с сопротивлением R определяется формулой

P = I 2 R.

На протяжении очень малого интервала времени переменный ток можно считать практически постоянным. Поэтому мгновенная мощность в цепи переменного тока на участке, имеющем активное сопротивление R, определяется формулой P = i 2 R

Среднее значение мощности за период

График зависимости мгновенной мощности от времени изображен на рисунке

График изменения мгновенной мощности с течением времени

Несмотря на то что мощность переменного тока непрерывно меняется, ее среднее значение за любой период одинаково.

Приравниваем выражения для средней мощности переменного тока и мощности постоянного тока:

Выразим силу тока I: Эту величину называют действующим значением силы переменного тока.

Действующее значение силы переменного тока равно силе такого постоянного тока, который выделяет в проводнике ту же мощность, что и переменный ток за то же время.

Читайте также:  Норма утечки тока газель

Действующее значение переменного напряжения определяется аналогично действующему значению силы тока: — эту величину называют действующим значением напряжения переменного тока.

Действующее значение напряжения в осветительной сети равно 220 В, а амплитудное значение напряжения при этом составляет

С учетом предыдущих формул можно выразить среднюю мощность переменного тока: Рср = IU

Амперметры и вольтметры переменного тока обычно градуируют по действующим значениям силы тока и напряжения.

4.Закрепление и обобщение нового материала.

Итак, что же сегодня мы с вами выяснили на уроке:

— что представляет собой переменный электрический ток переменный электрический ток?

— на каком явлении основано получение переменной ЭДС в цепи?

— чему равна разность фаз колебаний силы тока и напряжения на активном сопротивлении?

— как соотносятся действующие значения переменного тока и напряжения со значениями постоянного тока и напряжения?

— как определяется мощность в цепи переменного тока?

5.Подведение итогов урока. (Выставление оценок и их комментарий)

6.Задание на дом: § 31, 32; Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев «Физика – 11», упр.4(№5)

Источник

Конспект урока по теме «Переменный ток. Параметры, характеризующие переменный ток. Графическое изображение переменного тока»

Разделы: Физика

Тип урока – формирование новых знаний.

Оборудование:

  • таблица “Принцип работы генератора переменного тока”,
  • видеофрагмент “Переменный ток против постоянного”,
  • модель генератора переменного тока.

Цель урока:

  • изучить устройство и принцип работы генератора переменного тока, определение переменного тока, параметры, характеризующие ток (амплитуда, период, частота, фаза), сформировать умение аналитическим и графическим методом определять параметры переменного тока;
  • развивать умение анализировать и классифицировать полученную информацию, пользоваться справочной литературой.

Ход урока

1. 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
Б. Хаотично
В. Упорядоченно

2. Что принято за направление электрического тока?

А. Направление упорядоченного движения положительно заряженных частиц.
Б. Направление упорядоченного движения отрицательно заряженных частиц.
В. Определённого ответа дать нельзя.

3. Какова роль источника тока в электрической цепи?

А. Порождает заряженные частицы.
Б. Создаёт и поддерживает разность потенциалов в электрической цепи.
В. Разделяет положительные и отрицательные заряды.

4. В проводнике отсутствуют электрическое поле. Как движутся в нём свободные электрические заряды?

А. Совершают колебательное движение.
Б. Хаотично.
В. Упорядоченно.

5. Какие силы вызывают разделение зарядов в источнике тока?

А. Кулоновские силы отталкивания.
Б. Сторонние (неэлектрические) силы.
В. Кулоновские силы отталкивания и сторонние (неэлектрические) силы.

3. Сообщение цели и плана урока.

Мы повторили материал о постоянном электрическом токе, а теперь изучим переменный электрический ток. (Слайды 3,4)

знать:

  • определение переменного тока
  • параметры переменного тока (амплитуда, период, частота, фаза)
  • способ получения переменного тока

уметь:

  • определять параметры переменного тока
  • строить по данным таблицы и читать график переменного тока

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.

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)

Физические величины Амплитудные значения Действующие значения Мгновенные значения
Сила тока, А Im – тока Iд=

i= 5sin (2 f t + 0) =5sin(2 50t+ 0 )=

Получение (генерирование) переменного тока.

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)

  1. Обмотка статора с большим числом витков, размещенных в его пазах. В ней наводится ЭДС.
  2. Станина, внутри которой размещены статор и ротор.
  3. Ротор (вращающаяся часть генератора) создаёт магнитное поле от электромашины постоянного тока.
  4. Статор состоит из отдельных пластин для уменьшения нагрева от вихревых токов. Пластины – из электротехнической стали.
  5. Клеммный щиток на корпусе станины для снятия напряжения.

При равномерном вращении ротора в обмотках статора наводится ЭДС:

е = E sin t = BS N sin 2 nt,

где e = BS N – 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 = sin t или u = cos t.

Построение графика синусоидального тока по данным таблицы.

Источник

Переменный электрический ток

Урок 13. Физика 11 класс

Доступ к видеоуроку ограничен

Конспект урока «Переменный электрический ток»

«Кто действительно хочет понять все

величие нашего времени, тот должен

познакомиться с историей науки об электричестве.

И тогда он узнает сказку, какой нет и

среди сказок «Тысячи и одной ночи»

Никола Тесла «Сказка об электричестве»

Данная тема посвящена изучению переменного электрического тока.

Электромагнитные колебания – это периодические изменения со временем электрических и магнитных величин в электрической цепи.

Свободные электромагнитные колебания – это колебаниями, которые происходят в идеальном колебательном контуре за счет расходования сообщенной этому контуру энергии, которая в дальнейшем не пополняется.

Свободные колебания не могут существовать сколь угодно долго и со временем затухают. Поэтому, наибольшее практическое значение в настоящее время получили вынужденные электромагнитные колебания, которые представляют собой периодические изменения силы тока в контуре и других электрических величин под действием переменной электродвижущей силы от внешнего источника.

С такими колебаниями знаком каждый человек. Только люди их называют переменным электрическим током.

Переменный электрический ток — это ток, периодически изменяющийся со временем.

В каждом доме есть розетки, в которые включают всю домашнюю технику и осветительные приборы, «питающиеся» переменным током напряжением 220 вольт. В школьных мастерских имеются станки — к ним тоже подведен переменный ток, только более высокого напряжения. Во всех микрорайонах стоят будки с надписями «Трансформатор», в которых находятся трансформаторы, преобразующие переменный ток; вдоль дорог и по лесным просекам протянулись линии электропередачи опять же переменного тока. Миллионы и миллионы генераторов, трансформаторов, электродвигателей во всем мире производят, передают и используют электрическую энергию благодаря особенностям этого вида тока, обнаруженным без малого двести лет назад.

Крупнейший ученый XIX века Герман Гельмгольц говорил, что до тех пор, пока люди пользуются благами электричества, они всегда будут с благодарностью вспоминать имя Фарадея. Явление электромагнитной индукции — фундаментальное научное открытие, совершенное английским физиком Майклом Фарадеем, — легло в основу современной технической цивилизации и кардинально преобразило окружающий нас мир.

Долгие десятилетия шли активные поиски наилучшей реализации этого открытия — вплоть до отчаянной борьбы между сторонниками постоянного и приверженцами переменного тока. Правда, начавшаяся более ста лет назад «война» давно закончилась тесным и плодотворным взаимодействием, когда недостатки одного из видов тока компенсируются достоинствами другого.

Каким способом можно получить переменный электрический ток?

Поместим в постоянное и однородное магнитное поле виток проволоки abcd.

При равномерном вращении этого витка вокруг оси OO магнитный поток, пронизывающий его площадь будет постоянно меняться как по величине, так и по направлению. Вследствие этого, согласно закону электромагнитной индукции, в витке возникает переменная по величине и направлению ЭДС индукции.

Когда плоскость вращающегося витка становится перпендикулярна силовым линиям магнитного поля, пронизывающий ее магнитный поток наибольший, скорость же изменения его равна нулю, так как при прохождении через это положение проводники витка ab и cd скользят вдоль силовых линий поля, не пересекая их. Следовательно, ЭДС индукции, возникающая в витке, которая пропорциональна скорости изменения магнитного потока, будет равна нулю.

Когда же плоскость витка параллельна силовым линиям поля, поток, пронизывающий ее, равен нулю, скорость же изменения его при прохождении через это положение наибольшая, так как в этом случае проводники витка ab и cd движутся перпендикулярно к силовым линиям поля. ЭДС, возникшая в этом случае в витке, имеет наибольшее значение. В части ab витка, ЭДС будет направлена от чертежа к наблюдателю, а в части cd наоборот — от наблюдателя за чертеж.

При дальнейшем вращении витка ЭДС, сохраняя неизменным свое направление, будет уменьшаться до тех пор, пока опять не станет равной нулю. Т.е. в том положении, когда величина магнитного потока будет наибольшей, а скорость его изменения — наименьшей.

При дальнейшем вращении витка скорость изменения потока, пронизывающего виток, будет увеличиваться; следовательно, ЭДС по абсолютной величине будет возрастать. Но, так как теперь виток движется навстречу магнитным силовым линиям другой стороной плоскости, то направление в нем ЭДС изменяется на противоположное: в части ab ЭДС направлена от наблюдателя за чертеж, а в части bc — из-за чертежа к наблюдателю. И опять это направление ЭДС сохраниться и при дальнейшем движении витка, при этом абсолютная ее величина будет убывать.

При последующих оборотах витка все эти явления будут повторяться вновь.

Таким образом, величина ЭДС индукции во вращающемся витке за один его оборот изменяется от минус ξmax до плюс ξmax.

Для того чтобы пронаблюдать за происходящими изменениями ЭДС непосредственно, разомкнем виток и присоединим его концы к осциллографу. При вращении витка в магнитном поле осциллограф запишет все изменения тока, по которым можно будет судить и об изменениях ЭДС индукции в витке.

На рисунке изображен график изменения ЭДС индукции в витке за время совершения одного полного оборота. Вверху показаны последовательные положения витка в магнитном поле, против них (т.е. внизу) — значения ЭДС индукции в витке. Направление силовых линий магнитного потока, пронизывающего виток, показано стрелками. Кружочки изображают сечение витка плоскостью чертежа с указанием направления тока в нем.

Как показывает осциллограмма, ток, возникающий в витке при равномерном его вращении в однородном магнитном поле, изменяется синусоидально. Поэтому такой ток еще иногда называют переменным синусоидальным током.

В дальнейшем будем изучать вынужденные электрические колебания, происходящие в цепях под действием напряжения (или ЭДС), меняющегося с циклической частотой по закону синуса или косинуса:

где Um — амплитуда напряжения, т.е. максимальное по модулю значение напряжения.

Аналогичные формулы записываются и для ЭДС индукции.

Если в цепи напряжение меняется с циклической частотой «Омега», то и сила тока в цепи будет меняться с той же частотой. Однако колебания силы тока в цепи не обязательно должны совпадать с колебаниями напряжения. Поэтому, в общем случае, мгновенное значение силы тока будет определяться по формуле:

Рассмотрим еще 2 основные характеристики переменного тока — период и частоту.

Под периодом переменного тока понимают промежуток времени, в течении которого ЭДС (или напряжение, или сила тока) совершает одно полное колебание. Напомним, что обозначается период большой латинской буквой T и измеряется он в секундах.

Частотой переменного тока называется число колебаний переменного тока за одну секунду. Обозначается греческой буквой n и измеряется в Гц (герцах).

Стандартная частота переменного тока, применяемого в промышленности и осветительной сети в России и многих других странах, равна 50 Гц. Этот выбор был сделан с участием русского ученого Михаила Осиповича Доливо-Добровольского.

В США по рекомендации известного ученого Тесла, работавшего в фирме Вестингауз, основным производителем тогда электромагнитной техники, стандартная частота переменного тока равна 60 Гц.

Частота в 50 Гц означает, что на протяжении 1 секунды ток 50 раз течет в одну сторону и 50 раз в другую.

Основные выводы:

Переменный электрический ток — это ток, периодически изменяющийся со временем.

Переменный электрический ток представляет собой вынужденные электрические колебания, происходящие в электрической цепи под действием периодически изменяющейся по закону синуса или косинуса внешней ЭДС.

Периодом переменного тока называют промежуток времени, в течении которого сила тока (или напряжение, или ЭДС) совершает одно полное колебание.

Частота переменного тока — число колебаний переменного тока в секунду.

Источник



Урок по физике на тему Переменный ток

Нажмите, чтобы узнать подробности

В работепредставлена разработка урока по физике для 10 класса по теме «Переменный ток». Включает получение, производство, передачу и использование переменного тока

Просмотр содержимого документа
«Урок по физике на тему Переменный ток»

Получение, передача и применение переменного электрического тока.

Цели урока: выяснить условия существования переменного тока; познакомиться с устройством трансформатора, рассмотреть принцип его действия, достоинства, практическое применение.

Задачи урока:
Образовательные:
— создание условий для формирования представлений о переменном электрическом токе; трансформаторе.
Развивающие:
— формирование умения делать выводы, обобщать полученные сведения;
— формирование у учащихся навыков работы с источниками информации
— развивать навыки логического мышления, умение обосновывать свои высказывания, делать выводы.
Воспитательные:
— формирование положительной мотивации к учебному труду, коммуникативных умений;
— формирование интереса к познанию окружающего мира;
— формировать чувство гордости за развитие отечественной техники;
— развивать интерес к рабочим профессиям.

Тип урока: урок изучения нового материала.

Оборудование: катушка с большим числом витков, полосовой магнит, гальванометр, ПК.

1.Организационный момент (2 минуты)

Проверка готовности учебного кабинета и учащихся к уроку.

2. Актуализация знаний (5 минут)

Прежде чем мы перейдем к изучению нового материала, вам необходимо вспомнить:

Какое явление называется явлением электромагнитной индукции?
От чего зависит направление и значение индукционного тока?

3 Постановка проблемы (3 минуты)

Для того чтобы рассмотреть новый материал нам необходимо еще раз обратиться к опыту демонстрирующему явление электромагнитной индукции.
Что мы видим?
Как вы думаете, как будет называться такой ток?
Итак, запишите тему сегодняшнего урока.
Ребята, выскажите предположение, чем же мы сегодня на уроке будем заниматься?

Урок будет по­свя­щен теме «По­лу­че­ние, передача и применение пе­ре­мен­но­го элек­три­че­ско­го тока». Этот во­прос вплот­ную свя­зан с яв­ле­ни­ем элек­тро­маг­нит­ной ин­дук­ции. Когда мы го­во­ри­ли об ин­дук­ци­он­ном элек­три­че­ском токе, на­вер­ное, вы за­ме­ти­ли, что ве­ли­чи­на и на­прав­ле­ние тока за­ви­сит от того, как дви­гал­ся маг­нит по на­прав­ле­нию и по ско­ро­сти – от того, как из­ме­нял­ся маг­нит­ный поток. Если обоб­щить име­ю­щи­е­ся экс­пе­ри­мен­таль­ные дан­ные, то можно пред­ло­жить сле­ду­ю­щее устрой­ство: за­кре­пить маг­нит и от­но­си­тель­но него дви­гать ка­туш­ку с боль­шим чис­лом вит­ков (или на­о­бо­рот, дви­гать маг­нит от­но­си­тель­но непо­движ­ной ка­туш­ки). В ре­зуль­та­те будет со­зда­вать­ся ин­дук­ци­он­ный элек­три­ческий ток.

4. Изучение нового материала.

На сегодняшний день вся промышленность использует именно переменный электрический ток. Что же такое пе­ре­мен­ный элек­три­че­ский ток?

Пе­ре­мен­ным элек­три­че­ским током на­зы­ва­ют такой ток, ко­то­рый пе­ри­о­ди­че­ски из­ме­ня­ет­ся по своей ве­ли­чине, мо­ду­лю и на­прав­ле­нию.

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.

Рис. 1. Обо­зна­че­ние пе­ре­мен­но­го тока

Об­ра­ти­те вни­ма­ние: если дома есть ка­кие-ли­бо элек­три­че­ские при­бо­ры и на этих при­борах встре­ча­ет­ся такое обо­зна­че­ние, зна­чит, эти при­бо­ры ра­бо­та­ют на пе­ре­мен­ном элек­три­че­ском токе.

Для получения такого тока нам необходимо устройство, которое впервые предложил М. Фарадей.
Так мы переходим к устройству, которое дает возможность получить электрический ток, и называется генератором.

Электромеханический индукционный генератор переменного тока – устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую благодаря явлению электромагнитной индукции.

Со­вре­мен­ный ге­не­ра­тор пред­став­ля­ет собой до­воль­но слож­ное устрой­ство, но в ос­нов­ном со­сто­ит он из двух ча­стей – ро­то­ра и ста­то­ра.

Рис. 2. 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.­

. Рис.3. 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.
Вернемся еще раз к ротору. Мы видели, что генератор имеет несколько пар магнитных полюсов. Это связано с тем, что чем больше таких пар, тем больше частота переменного электрического тока.

Рис.4 Вид генератора
Стандартная частота переменного тока, применяемого в промышленности составляет 50 Гц.
Для передачи электроэнергии от электростанций используются ЛЭП. Причем оказывается часть этой энергии уходит на нагревание проводов.
Что можно предпринять, чтобы уменьшить потери?
Решение данной проблемы стало возможным после изобретения трансформатора.

Транс­фор­ма­тор – при­бор для пре­об­ра­зо­ва­ния переменного 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

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.

Если мы все это при­мем во вни­ма­ние, то можем ска­зать сле­ду­ю­щее. 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 220В, 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.

Рис.6 Схема передачи электроэнергии

Итак, в генераторе происходит превращение механической энергии в электрическую.

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.

Мы живем в 21 веке и основой цивилизованного образа жизни, следовательно, и научно-технического прогресса, является энергия, которой требуется все больше и больше. 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 настоящее время назрела необходимость внедрения ресурсосберегающих и безотходных технологий; переход к чистым, альтернативным и неисчерпаемым источникам энергии.

Строят электростанции разного типа, геотермальные, ветряные, и т.д.

5. Закрепление знаний, полученных на уроке.

1. Какой электрической ток называется переменным?

2. Где используют переменный электрический ток?

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 электрическую.

Вопрос: Назовите основные части генератора.

Ответ: Ротор, статор.

Вопрос: Для чего используется трансформатор?

Ответ: Для преобразования электрического тока

6. Подведение итогов. Рефлексия.

Сегодня на уроке, мы с вами разобрали принцип действия генератора, этого внушительного сооружения из проводов, изоляционных материалов, стальных конструкций. Но при своих 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.

Проверка знаний — проверь соседа! (тест)

А сейчас проверим, на сколько, вы усвоили данный материал. Запишите правильный ответ. Кто ответит правильно на 7 вопросов, получит «5», на 6 вопросов, оценку — «4», за 4-5 правильных ответов получит «3».

Тест: Генерирование электрической энергии.

I. Переменный электрический ток

1. не изменяется по значению;

2. не изменяется по направлению;

3. изменяется по значению и направлению.

II. На каком явлении основано действие электромеханического индукционного генератора переменного тока?

1. электростатической индукции;

2. электромагнитной индукции;

3. термоэлектронной эмиссии.

III. Генератор электрической энергии необходим для…

1. создание материи;

2. создание энергии;

3. преобразование энергии

IV. Переменный ток вырабатывают

2. на электростанции;

3. в жилых домах.

V. Промышленная частота используемого у нас переменного тока .

VI. Простейший генератор переменного тока состоит…

VII. Трансформатор состоит…

Рефлексия.

Работал в полную силу

Мог работать лучше

Наша работа подходит к концу. И в заключении.

Завершая свои лекции, Фарадей часто обращается к своей юной аудитории с таинственными словами: “Все, что я могу сказать вам в заключение этой лекции (потому что мы рано или поздно все равно должны закончить эту лекцию), так это выразить пожелание, чтобы вас — все ваше поколение — можно было сравнить со свечой; чтобы вы могли так же ярко, как и она, светить для окружающих; чтобы вы во всех ваших поступках могли оправдать красоту горящей свечи своими достойными и полезными делами, выполняя свой долг перед соотечественниками”.

Как вы думаете, какой смысл вкладывал Фарадей в эти строки?

Источник