Работа № 3 Изучение школьных трансформаторов и преобразователей

Цель работы:

• Изучение устройства и принципа действия школьных трансформаторов;

• Овладение техникой и методикой проведения основных демонстраций.

Школьные трансформаторы и источники напряжения

1. Трансформаторы на панелях

Т рансформаторы на панелях предназначаются для ознакомления с устройством и действием трансформатора, а также для демонстрации передачи электроэнергии на большие расстояния.

Каждый трансформатор состоит из железного магнитопровода, собранного из П-образных пластин . Первичная и вторичная обмотки трансформатора выполнены в виде отдельных катушек с обмоткой из изолированного медного провода. намотанного на специальный каркас.

Собранный трансформатор закреплен на пластмассовой панели. На панели у клемм указано напряжение (120 и 4 В).

2 . Трансформатор универсальный

Предназначен для демонстрации устройства и действия трансформатора и проведение опытов по электродинамике. Прибор состоит из сборного магнитопровода, двух катушек, подставки, приспособления для электросварки, плоской катушки с лампочкой, медного и алюминиевого колец и двух конусных наконечников.

Позволяет продемонстрировать свободные и незатухающие электрические колебания, распределения напряжений в цепи и переменного тока со смешанной нагрузкой, электросварку и др.

Для проведения демонстраций необходимы: электроизмерительные приборы, батарея конденсаторов, катушка дроссельная, источник постоянного тока, реостаты демонстрационные.

3. Регулятор напряжения школьный рнш

Этот прибор предназначен для плавного регулирования напряжения переменною тока частотой 50 Г ц. Регулятор напряжения состоит из металлического основания – 1, на котором закреплены автотрансфор­матор – 2, колодка для плавких предохранителей -3. Вольтметр включен параллельно выходу автотрансформатора (между первым витком автотрансформатора и токосъемником), поэтому вольтметр показывает выходное напряжение трансформатора.

Максимальное время эксплуатации прибора в номинальном режиме составляет 45 минут. Повторное включение прибора может быть осуществлено не менее чем через 15 минут.

4. Выпрямитель В-24 (или ВС-24)

В ыпрямитель предназначен для питания регулируемых переменным и выпрямленным пульсирующим током электрических схем при проведении фронтальных на уроках физики в общеобразовательной школе.

Выпрямитель осуществляет преобразование переменного электрического тока частотой 50 Гц с номинальным напряжением 220 В в следующие виды тока:

- переменный ток с плавно регулируемым напряжением от 0 до (30 ± 3)В и силой тока до 10 А.

- выпрямленный ток с плавно регулируемым напряжением от 0 до (24 ± 2,4)В и силой тока до 10 А.

На лицевой части передней стенки расположены: вольтметр, показывающий напряжение выпрямленного тока; амперметр, показывающий силу выпрямленного тока; ручка плавной регулировки выходных напряжений; фонарь, сигнализирующий о включении выпрямителя; тумблер; две пары контактных зажимов для подключения потребителя постоянного и переменного тока. Время непрерывной работы выпрямителя не должно превышать 45 минут. Работать с выпрямителем разрешается только учителю.

5 . Преобразователь высоковольтный школьный "Разряд-1" предназначен для демонстрации опытов по электростатике и электродинамике.

"Разряд-1" питается напряжением постоянного тока 12 В. Преобразователь имеет два выхода на напряжение постоянного тока 25 кВ и 5 кВ.

На лицевой горизонтальной поверхности прибора расположены: клавишный переключатель включения и выключения напряжения внешнего питания, дисковый штырьковый и клавишный переключатели пределов 5 кВ и 25 кВ (на корпусе и дисковом переключателе нанесена соответствующая маркировка), клеммы выхода 25 кВ, в которые вставляются съемные борны. Один из борнов является подвижным и имеет горизонтальную ось. При помощи изолирующей ручки можно менять расстояние между съемными шарами борнов до момента появления разряда. При снятии шаров поверхность стекания разряда становится конусной, что позволяет получать значительно больший разрядный промежуток по сравнению с шаровыми поверхностями.

На одной из торцевых поверхностей прибора имеются клеммы для подключения внешнего источника питания, до 12 В, на другой торцевой поверхности расположены клеммы выхода высокого напряжения до 5 кВ.

Схема прибора обеспечивает ею автоматическое отключение при увеличении питающею напряжения свыше 12 В. В целях безопасности при работе с преобразователем "Разряд-1" нельзя касаться руками высоковольтных элементов схемы; ставить около прибора посторонние предметы.

Порядок работы с прибором:

Перед началом работы переключатель питания должен быть установлен в положение "Откл.". Для получения напряжения до 5 кВ необходимо переключатели пределов установить в положение 5 кВ; для получения напряжения до 25 кВ необходимо переключатели пределов установить в положение 25 кВ.

Источник питания подключается к прибору "Разряд-1" в соответствии с полярностью. Напряжение питания 12 В.

6. Машина электрофорная (малая) предназначена для опыта по электрос татике. Диск диаметром 275 мм дает искру между разрядниками не более 50 мм. Опыт показывает, что на секторах или диске машины обычно имеются незначительные заряды, которых вполне достаточно для возбуждения машины. Поэтому для получения зарядов на кондукторах нужно только вращать рукоятку машины в направлении часовой стрелки. В начале вращения несколько сближают шарики разрядников и дожидаются появления искры; только после этого устанавливают разрядники на требуемое расстояние.

Следует помнить, что прикосновение к кондукторам работающей машины вызывает сильное физиологическое действие, поэтому, устанавливая шарики разрядника, надо прикасаться только к изолирующим ручкам разрядников. Основными частями являются: два диска из оргстекла покрытых щелачным лаком (5), лейденские банки (10) и два разрядника (9) которые и являются своего рода выходными клеммами высокого напряжения. Так же имеются две клеммы (11) с соединительной пластинкой, которые сообщаются внутренней проводкой с внешними обкладками банок.

Опыты:

Опыт 1. Трансформация переменного тока

Оборудование: РНШ, трансформатор на панели, низковольтовая лампочка (3,5 В), вольтметр с добавочным сопротивлением на 15 В, соединительные провода.

С оберите установку по рисунку. С помощью РНШ медленно увеличивайте напряжение на первичной катушке, пока накал лампочки не станет достаточным. Используя показания вольтметров в первичной и вторичной цепи, определите коэффициент трансформации трансформатора.

Опыт 2. Вихревые токи (индукционное торможение)

О борудование: универсальный трансформатор.

Используя универсальный трансформатор соберите маятник Вальтенгофана. Закрепите неподвижно сплошную алюминиевую пластинку к маятнику. Обеспечьте свободное качание (без задеваний) алюминиевой пластинки. Приведите маятник в колебание, подсчитайте число колебания маятника до затухания при отключенной катушке. Включите первичную обмотку трансформатора, приведите маятник в колебание, подсчитайте число колебания маятника при включенной катушке. Сделайте вывод из опыта.

Замените сплошную пластину пластиной с разрезами. Повторите с ней тот же опыт. Сравните результаты опытов и объясните их.

О пыт 3. Модель сварочного аппарата

Оборудование: универсальный трансформатор.

Соберите модель электросварочного аппарата. На сердечник наденьте катушку 220 В и катушку электросварочного аппарата. В зажимы электросварочной катушки закрепите при помощи стержней электроды остриями друг к другу. Включите обмотку катушки 220 В в сеть и замкните электроды. Металл электродов нагревается до красного каления. В это время несколько сильнее сожмите ручки, а затем отключите обмотку катушки 120/220 В от сети (при этом электроды свариваются). Объясните принцип действия сварочного аппарата.

О пыт 4. Демонстрация индуктивных действий переменного тока

Соберите установку и подключите РНШ к катушке на 220В. На сердечник катушки наденьте поочередно алюминиевое и медное кольца. Постепенно увеличивайте напряжение и проследите за поведением колец. Отметьте значение напряжения, при котором кольца достигнут верха. Внимание, опыт нельзя проводить более 30 с. Почему? Объясните результаты опытов.

Вместо кольца на сердечник наденьте плоскую катушку с низковольтной лампочкой. Постепенно увеличивайте напряжение и следите за яркостью горения лампочки. При фиксированной яркости перемещайте катушку вверх вдоль сердечника. Объясните результат опыта.

Опыт 5. Искровой разряд в атмосферном воздухе

Установите на «Разряде» переключатель выходного напряжения на 25 кВ. Шарики борнов расположите на расстоянии 5-7 мм друг от друга. Включите прибор и продемонстрируйте устойчивую картину искрового разряда. При срыве генерации, который определяется прекращением звукового эффекта, необходимо нажать кнопку "Пуск".

Опыт 6. Взаимодействие заряженных тел

О борудование: «Разряд-1», источник постоянного напряжения, «султаны» на изолированных штативах, провода соединительные.

Соберите установку по рисунку. Подключите султаны к разным полюсам преобразователя, отведите их на большое расстояние. Поставьте напряжение выхода 25 кВ, подключите питание к «Разряду» (12 В), включите его кнопкой «пуск». Проанализируйте полученный результат опыта и сделайте вывод.

Медленно приближайте султаны друг к другу, следите за изменением картины. Сделайте вывод.

О пыт 7. Искровой разряд и взаимодействие заряженных тел на электрофорной машине

Оборудование: электрофорная машина, «султаны» на изолированных штативах, провода соединительные.

П роведите опыты аналогично № 5-6 с использованием электрофорной машины, сделайте выводы о преимуществах или недостатках этого варианта демонстрационного эксперимента.