Билет № 18

1. Трансформатор, его назначение, устройство, принцип работы. Работа трансформатора на холостом ходу.

Трансформатор преобразует переменный ток одного напряже­ния в переменный ток другого напряжения при неизменной частоте. Он состоит из замкнутого сердечника,, изготовленного из специальной листовой трансформаторной стали, на котором рас­полагаются две катушки (их называют обмотками) с разным числом витков из медной проволоки. Одна из обмоток, назы­ваемая первичной, подключается к источнику переменного напря­жения. Устройства, потребляющие электроэнергию, подключаются ко вторичной обмотке, их может быть несколько.

Если первичную обмотку подключить к источнику перемен­ного напряжения, а вторичную оставить разомкнутой (этот режим работы называют холостым ходом трансформатора), то в первич­ной обмотке появится слабый ток, создающий в сердечнике переменный магнитный поток. Этот поток наводит, в каждом витке обмоток одинаковую ЭДС, поэтому ЭДС индукции в каждой обмотке будет прямо пропорциональна числу витков в этой обмотке.

При разомкнутой вторичной обмотке напряжение на ее зажи­мах U₂ будет равно наводимой в ней ЭДС В первичной обмотке ЭДС по числовому значению мало отличается от подводимого к этой обмотке напряжения V\, практически их можно считать равными, поэтому

где К — коэффициент трансформации. Если вторичных обмоток несколько, то коэффициент трансформации для каждой из них рассчитывается аналогично.

Если во вторичную цепь трансформатора включить нагрузку, то во вторичной обмотке возникнет ток. Этот ток создает маг­нитный поток, который, согласно правилу Ленца, должен умень­шить изменение магнитного потока в сердечнике, что, в свою очередь, приведет к уменьшению ЭДС индукции в первичной обмотке. Но эта ЭДС равна напряжению, приложенному к первичной обмотке, поэтому ток в первичной обмотке должен возрасти, восстанавливая начальное изменение магнитного пото­ка. При этом увеличивается мощность, потребляемая трансформа­тором от сети.

2. Полное внутреннее отражение света и его применение.

Если свет переходит из оптически более плотной среды в оптически менее плотную (n₂<n₁), например, из воды в воздух, то угол преломления Y больше угла падения . В этом случае при некотором угле падения ₀ угол преломления станет равным 90 ⁰.

Закон преломления примет вид: если вторая среда - воздух. Опыт показывает, что при достижении Y=90 ⁰ интенсивность преломленного луча становится равной нулю: свет, падающий на границу раздела сред, полностью отражается от неё. Угол падения ₀, при котором наступает полное отражение света, называется предельным углом полного внутреннего отражения,

sinα₀ = При всех углах падения больших ₀ будет происходить полное отражение света. Для каждого вещества существует собственный предельный угол полного отражения, для воды он равен 49⁰, для алмаза 24⁰.

На явлении полного внутреннего отражения основано появление нового раздела оптики – волоконной оптики, в которой изучается формирование изображений при распространении света по световодам. В применяемом стеклянном волокне основная световедущая жила окружена оболочкой с меньшим показателем преломления. На границе раздела двух сред происходит полное отражение света. За счет этого световой пучок практически без потерь проходит от источника к освещаемой поверхности.

Применение различных устройств волоконной оптики очень широко: от медицины до техники. Например, одножильные световоды или жгуты из волокон много лет применяют для освещения внутренних органов при диагностике и проведении операций.

Такой прибор называется эндоскопом. Широкое применение находят световоды для передачи информации от ЭВМ. Высокопрозрачные световоды изготавливают, вытягивая световод из расплава кварцевого стекла; наружная оболочка из того же кварца легируется примесями, снижающими показатель преломления ( бор, германий, фосфор).

Законы отражения и преломления света получены первоначально экспериментально, исходя из представлений о световом потоке как совокупности световых лучей.