Билет 16

Магнитное поле. Действие магнитного поля на электрический заряд и опыты, иллюстрирующие это действие. Магнитная индукция

Если неподвижные электрические заряды создают вокруг себя электрическое поле, то движущиеся заряды создают, кроме того, магнитное поле.

Магнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами.

Свойства магнитного поля:

1. Магнитное поле действует только на подвижные заряды с определенной силой;

Опыт Эрстеда.

2. Магнитное поле порождается электрическим током (движущимися зарядами);

Опыт Ампера.

3. Магнитное поле обнаруживается по действию на электрический ток (на движущиеся заряды)

Магнитное поле существует реально, независимо от нас, от наших знаний о нем.

  Нам известно, как ведет себя магнитная стрелка в магнитном поле, поворачиваясь в нем определенным образом. Магнитное поле ориентирует магнитную стрелку вдоль направления вектора магнитной индукции. За направление вектора магнитной индукции принимают направление, которое показывает северный полюс N магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле.

Н аправление вектора магнитной индукции устанавливают с помощью правила буравчика: если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика указывает направление вектора магнитной индукции.

Определить направление вектора индукции магнитного поля Земли, к примеру, можно компасом, когда ориентируемся на местности. Магнитное поле не имеет источников.

Магнитное поле графически изображается в виде линий магнитной индукции. Линии магнитной индукции называются линии, касательные к которым в любой их точке совпадают с вектором В, в данной точке поля.

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

Си­ловой характеристикой магнитного поля называют магнитную индукцию (В). 

Рассчитать  магнитную индукцию  можно по формуле:    где F- сила, действующая со стороны магнитного поля на проводник с током ( H ); I — сила тока в проводнике ( A ); l — длина проводника ( м ). Единица измерения индукции магнитного поля в СИ:  [ B ] = 1Тл ( тесла).

Магнитное поле является вихревым полем. Линии магнитной индукции прямого провода с током представляют со­бой концентрические окружности, расположенные в плоскости, перпендикулярной проводнику.

Магнитное поле соленоида.

Билет 17.

Трансформатор. Холостой и рабочий ход трансформатора. Передача и потребление электроэнергии

Т рансформатор

Электрический ток можно преобразовывать практически без потерь. На практике чаще всего требуется невысокое напряжение. Устройство, служащее для преобразования (повышения или понижения) переменного напряжения, называется трансформатором. Или трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток той же частоты, но другого напряжения.

Впервые трансформаторы были использованы в 1878 г. русским ученым П.Н.Яблочковым.

Простейший трансформатор состоит из сердечника 2 (магнитопровода) замкнутой формы, на который намотаны две обмотки: первичная 1 и вторичная 2. Сердечник собирают из множества тонких пластин ферромагнитного сплава для того, чтобы снизить воздействия вихревых токов внутри стали, возникающих при появлении магнитного поля.

Условное обозначение трансформатора

Принцип действия трансформатора основано на  явлении электромагнитной индукции. Первичная обмотка трансформатора подсоединяется к источнику переменного тока, а вторичная, соответственно, к потребителям электроэнергии. Протекающий по первичной обмотке ток создает переменный магнитный поток (Ф) в сердечнике трансформатора. В результате магнитной индукции переменный магнитный поток   в сердечнике трансформатора создает в обмотке ЭДС индукции, в том числе и в первичной обмотке.

Напряжение на вторичной обмотке зависит от числа витков в первичной и вторичной обмотках трансформатора: 

U₁  —  напряжение на первичной обмотке трансформатора, В;

U₂  —  напряжение на вторичной обмотке трансформатора, В;

N₁  — число витков на первичной обмотке;

N₂  — число витков на вторичной обмотке;

K – коэффициент трансформации.

При k > 1 трансформатор будет понижающим, при k < 1 — повышающим.

Режимы работы трансформатора:

1. Режим холостого хода трансформатора называется режим с разомкнутой вторичной обмоткой;

2. Рабочим режимом (ходом) трансформатора называется режим, при котором в цепь его вторичной обмотки включена нагрузка с сопротивлением R = 0;

3. Режимом короткого замыкания называется режим, при котором вторичная обмотка трансформатора замкнута без нагрузки. Данный режим опасен для трансформатора, т.к. в этом случае ток во вторичной обмотке максимален и происходит электрическая и тепловая перегрузка системы.

Передача и использование электрической энергии Электрическая энергия, которая вырабатывается генераторами на электростанциях, передается к потребителям на большие расстояния. Трансформаторы в случае широко используются Линии, по которым электрическая энергия передается от электростанций к потребителям, называют линии электропередачи (ЛЭП). При  передаче электроэнергии на большие расстояния неизбежны ее потери, связанные с нагреванием проводов. Потери при нагревании электрических проводов прямо пропорционально I² через проводник (согласно закону Джоуля — Ленца). Чтобы уменьшить потери энергии, необходимо уменьшить силу тока в линии передачи. При данной мощности уменьшение силы тока возможно лишь при увеличении напряжения (P=UI). Для этого между генератором и линией электропередачи включают повышающий трансформатор, а понижающий трансформатор — между  ЛЭП и потребителем электроэнергии.В бытовых электроприборах (по технике безопасности) используются небольшие напряжения 220 и 380 В. У современных трансформаторов высокий КПД — свыше 99%.

Т ехнологическая цепочка передачи электроэнергии

Билет 18