Билет №23
Переменный ток. Передача энергии на расстояние. Трансформаторы и электрические машины переменного тока.
Электрическим током называется направленное движение заряженных частиц в электрическом поле .
Переменным током называется электрический ток, который изменяется с течением времени по гармоническому закону.
Величины U0, 1о называются амплитудными значениями напряжения и силы тока. Значения напряжения U (t) и силы тока I (t), зависящие от времени, называют мгновенными.
Зная мгновенные значения U (t) и I (t), можно вычислить мгновенную мощность Р (t)= U (t) I (t).
Среднее значение мощности переменного электрического тока за длительный промежуток времени определяется по формуле <Р>= U0 I0/2. Это выражение позволяет ввести действующее (эффективное) значение силы тока и напряжения, которое используется в качестве основных характеристик переменного тока.
Действующим
(эффективным) значением
переменного
тока называется сила такого постоянного
тока, который, проходя по цепи, выделил
бы в единицу времени такое же количество
теплоты, что и данный переменный ток.
Д
ля
переменного тока действующее
значение силы тока и напряжения Iд
= I0/
2, Uд
= U0/
2,
Выражения для мощности постоянного тока остаются справедливыми и для переменного тока, если использовать в них действующие значения силы тока и напряжения: РД= UД IД = IД 2R = UД 2/ R
IД = UД / R
Необходимо отметить, что закон Ома для цепи переменного тока, содержащей только резистор сопротивлением R, выполняется как для амплитудных и действующих, так и для мгновенных значений напряжения и тока.
!Электрический ток опасен для жизни! При силе тока около 1 мА большинство людей уже его ощущают, а при силе тока выше 5 мА — чувствуют боль. Ток свыше 10 мА вызывает резкое сокращение мышц, при этом может произойти остановка дыхания, при токе выше 15 мА теряется контроль над мышцами. При прохождении тока свыше 70 мА в области сердца начинается беспорядочное сокращение (фибрилляция) сердца, которая может привести к смерти.
Трансформатор
Трансформатор
(рис.
а)
—
это электротехническое устройство,
служащее для преобразования (повышения
или понижения) переменного напряжения.
Условное обозначение и схематическое
изображение трансформатора показаны
на рисунке б.
В простейшем случае он состоит из двух обмоток, одна из которых
называется первичной, а другая — вторичной. На первичную обмотку
подается исходное напряжение, а со вторичной снимается преобразованное.
Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной
индукции. Магнитный поток, создаваемый переменным током в первичной
обмотке, благодаря наличию сердечника практически без потерь пронизывает
витки вторичной обмотки, возбуждая в ней ЭДС индукции.
Отношение ЭДС в первичной и вторичной обмотках равно отношению числа
витков: ε1/ε2 = n1/n2.
Режимом холостого хода трансформатора называется режим с разомкнутой вторичной обмоткой. В этом случае напряжение на вторичной обмотке равно индуцируемой в ней ЭДС.
Тип трансформатора определяется коэффициентом трансформации, который равен отношению числа витков в первичной катушке к числу витков во вторичной: k = ε1/ε2 = n1/n2..
При холостом ходу отношение абсолютных значений напряжений на концах первичной и вторичной обмоток трансформатора равно коэффициенту трансформации: k = U1/U2 = n1/n2.
При k>1 трансформатор будет понижающим, а при k <.1 — повышающим.
Рабочим режимом (ходом) трансформатора называется режим, при котором в цепь его вторичной обмотки включена нагрузка с отличным от нуля сопротивлением.
При работе реального трансформатора всегда имеются энергетические потери, связанные с различными физическими процессами. В первую очередь они обусловлены вихревыми токами (токами Фуко), возникающими в массивном проводнике при изменении пронизывающего его магнитного потока. Отметим другие процессы, приводящие к потерям энергии в трансформаторе:
- выделение тепла в обмотках трансформатора;
- работа по перемагничиванию сердечника;
- рассеяние магнитного потока.
Современные трансформаторы имеют рекордно высокие КПД (95—99,5 %), что позволяет им работать практически без потерь.