Урок з фізики на тему «Трансформатор»
Для технічних спеціальностей
У результаті вивчення теми учень повинен знати:
- зміст понять: трансформатор, принцип дії та призначення трансформатора;
- внесок українських та зарубіжних вчених, які справили найбільший вплив на розвиток фізики.
У результаті вивчення теми учень має вміти:
Вивчення теми сприяє формуванню у студентів загальних та професійних компетенцій:
- Організовувати власну діяльність, вибирати типові методи та способи виконання завдань, оцінювати їх виконання та якість.
- Працювати в колективі та команді.
- Застосовувати отримані знання у професійній діяльності.
- продовжити формування знань про явище електромагнітної індукції на прикладі практичного застосування у трансформаторі; розглянути пристрій, принцип дії та призначення трансформатора; продовжити формування умінь застосовувати теоретичні знання під час вирішення завдань;
- створювати змістовні та організаційні умови для розвитку самостійності у добуванні студентами знань, швидкості сприйняття та переробки інформації, культури мови, вихованні наполегливості у досягненні мети; формувати вміння працювати у колективі, команді;
- розвивати активність студентів, уміння аналізувати, порівнювати, робити висновки та узагальнювати.
Обладнання:модель трансформатора, трансформатор розбірний, універсальний, плоска котушка замкнута на лампочку, лампа розжарювання на підставці на 220В та на 6В, проводи сполучні.
2. Актуалізація опорних знань.
Питання для фронтального опитування.
За яких умов виникає індукційний струм?
Хто і в якому роцівідкрив явище електромагнітної індукції?
Дати визначення явища електромагнітної індукції.
Як виникає ЕРС індукції у нерухомих провідниках?
Що є причиною виникнення ЕРС у провідниках, що рухаються?
Який електричний струм називається змінним? За допомогою якогось простого досвіду його можна отримати?
На якому явище засновано дію найпоширеніших нині генераторів змінного струму?
Розкажіть про пристрій та принцип дії промислового генератора.
Чим обертається ротор генератора на тепловій електростанції? на гідроелектростанції?
Якою є стандартна частота промислового струму, що застосовується в Україні та багатьох інших країнах?
3. Повідомлення теми уроку , постановка мети, позначення актуальності цієї теми, визначення інтеграційних зв'язків.
4. Вивчення нового матеріалу.
Вже яке століття людство використовує електричний струм у промислових масштабах. І всі ці роки використовується переважно змінний струм. Найбільшого поширення набув струм, який змінює свій напрямок 100–120 разів у секунду, тобто. частотою 50-60 Гц. Змінний струм здатний легко перетворюватися на струм іншої напруги. Генератори електростанцій виробляють струм напругою 10-20 кВ, але дротам вигідно передавати струм напругою 100-1000 кВ.
Часто на практиці нам доводиться користуватися різними приладами, апаратурою, розрахованими на різні напруги. До двигунів верстатів на підприємствах підводиться напруга 380-660 В. Іноді навіть в тому самому апараті застосовують різні напруги. Як бачимо, напруга струму при виробництві, передачі та використанні електроенергії різна. Як можна вирішити цю проблему?
Отже, існує потреба в трансформації (від латів. transformo -перетворюю) електричного струму однієї напруги в струм іншої напруги. Назвіть пристрій, за допомогою якого можна змінювати напругу?
Історична довідка. Повідомлення студента
Заощадити Його Величність Коштовна електрика, Передати його споживачеві, Не прославившись при цьому губителем, - Трансформатора призначення. Змінює силу струму і напругу, Потужність не змінює - Вірність собі зберігає.
Цей універсальний пристрій використовується як в апаратурі, так і є однією з головних складових системи передачі електроенергії на відстань. Важко назвати електронний пристрій, де не використовувався трансформатор.
У 1831 роціанглійським фізиком Майклом Фарадеєм було відкрито явище електромагнітної індукції, яке лягло в основу роботи трансформатора. У цьому року з'явилося його схематичне зображення . Хоча Фарадей у своїх досвіду і використовував подобу сучасного трансформатора, проте основна властивість трансформатора – трансформація струмів та напруг було відкрито пізніше.
У 1848 роціфранцузьким механіком Г.Румкорфом була винайдена індукційна котушка (індуктивність) - прообраз трансформатора.
У 1884 роців Англії братами Джоном та Едуардом Гопкінсонами був створений перший трансформатор із замкнутим сердечником.
Наприкінці 1880-хінженером Д. Свінберном було винайдено масляне охолодження трансформатора - це підвищило надійність і довговічність його обмоток.
У 1889 роціукраїнський електротехнік М. О. Доливо-Добровольський разом із запропонованою ним трифазною системою змінного струму створив перший трифазний трансформатор.
Подальший розвитоктрансформаторів зводилося до вдосконалення матеріалу осердя, що дозволило знизити втрати та значно збільшити ефективність трансформаторів.
Повідомлення студента проП.М. Яблучкове.
Трансформатор здійснює перетворення змінного струму, при цьому його напруга може зменшуватися або збільшуватись у кілька разів майже без втрати потужності.
Трансформаторявляє собою виконаний з м'якого феромагнетика сердечник замкнутої форми, на якому знаходяться дві обмотки: первинна та вторинна,аобмотки мають різну кількість витків. Кінці первинної обмотки, званівходомтрансформатора, підключають до мережі змінного струму. Кінці вторинної обмотки, які називаютьвиходомтрансформатора, підключаються до споживача.
Умовне позначення трансформаторів на схемах.
У основі роботи трансформатора лежить явище електромагнітної індукції.
Принцип дії трансформатора На вхід трансформатора подається змінна напруга U1. У сердечнику трансформатора виникає магнітний потік, який пронизує як первинну, і вторинну обмотки трансформатора. Вони виникають однакові ЕРС рівні за законом Фарадея
ЕРС Е1 та Е2 діють у всій первинній або вторинній обмотках, рівні добутку ЕРС в одному витку е1 або е2 на число витків в обмотці N1 та N2
Е1 = е1 • N1 Е2 = е2 • N2
Висновок: ЕРС, які у обмотках, прямо пропорційні числу витків у яких.
Сила струму в первинній обмотці трансформатора в стільки разів більше сили струму у вторинній обмотці, у скільки разів напруга в ній більша за напругу в первинній обмотці:
Якщо знехтувати падінням напруги на опорах обмоток, коли опори малі, можна записативідношення і для напруги на обмотках трансформатора
При розімкнутій вторинній обмотці напруга на її затискачах U2 дорівнюватиме ЕДС Е2.
У первинній обмотці ЕРС Е1 за числовим значенням мало відрізняється від напруги U1, що підводиться до цієї обмотки, практично їх можна вважати рівними.
Величина, що показує, скільки разів даний трансформатор змінює напругу змінного струму, називаєтьсякоефіцієнтом трансформації.
Якщо N2 > N1, то U2 > U1, коефіцієнт трансформаціїk 1,то трансформатор називаєтьсязнижуючим.
Режими роботи трансформатора
а) режим холостого ходу - такий режим, при якому вторинна обмотка розімкнена і струм у цій обмотці не проходить.
б) робочий режим - такий режим, при якому до вторинної обмотки підключено навантаження (приймач електричної енергії)
в) режим короткого замикання - це режим, при якому висновки вторинної обмотки замкнуті струмопроводом з опором, що дорівнює нулю.
Відомо, що створення трансформаторів необхідно добре знати властивості матеріалів. Сьогодні втрати в деяких трансформаторах становлять 2–3% від потужності джерела. У великих силових трансформаторах ці втрати можуть мати великі значення, і їх роботи використовують потужні системи охолодження.
Втрати енергії у трансформаторі
а) нагрівання обмоток (джоулеве тепло);
б) перемагнічування сердечника;
в) нагрівання сердечника струмами Фуко;
г) розсіювання магнітного потоку
Повідомлення студента.Типи трансформаторів.
Існують також конструкції трансформаторів, коли частина первинної обмотки є вторинною або навпаки. Такі трансформатори називаютьавтотрансформаторами.Якщо один із контактівавтотрансформатора зробити рухомим, то можна плавно змінювати вихідну напругу. Один із типів таких трансформаторів, який використовується при лабораторних дослідженнях, має назву ЛАТР. Для отримання в лабораторних умовах змінного струму високої напруги за рахунок енергії постійного струму застосовують трансформатор особливої конструкції, який отримав назву індукційної котушки Румкорфа. Ця котушка дозволяє отримати між кінцями вторинної обмотки напругу близько 10 кВ.
Повідомлення студента.Зварювальні трансформатори.
Зварювальні роботи застосовуються у багатьох галузях промисловості. Зварювальники працюють на будмайданчиках, створюючи конструкції та системи різних комунікацій, у промисловості, де застосовують свій досвід та навички у машинобудуванні, кораблебудуванні та в інших областях, таких як, енергетика, нафтопереробна промисловість, сільське господарство. Важко назвати такий сегмент виробництва, де не застосовувалася б праця зварювальника.
Зварювальні трансформатори призначені для проведення зварювальних робіт. Вони перетворюють мережну напругу (220 або 380 В) в знижену напругу, необхідну для зварювання. Зварювальний трансформатор - це найпростіше і недороге джерело зварювального струму. Трансформатор постійного струму забезпечує легке запалювання електричної дуги та її стійке горіння. Вони мають значно меншу ціну порівняно з іншим обладнанням для проведення зварювальних робіт, що звичайно є їхньою основною перевагою.
Залежно від електромагнітної схеми розрізняють такі типи трансформаторів:
трансформатори з нормальним розсіюванням амплітудного регулювання;
трансформатори зі збільшеним розсіюванням амплітудного регулювання;
тиристорні трансформатори (фазовогорегулювання);
Джерело змінного струму, яким і є зварювальний перетворювач напруги, необхідний при ручному зварюванні штучними електродами і при механізованому зварюванні, а також при аргонодуговому зварюванні легких сплавів. Одним з основних вузлів джерела змінного струму є однофазний зварювальний трансформатор. Основною вимогою, що пред'являється до зварювальних трансформаторів, є можливість регулювання режиму зварювання в досить широких межах. Основна характеристика цього зварювального обладнання полягає саме у способі регулювання, саме цим потрібно керуватися людям, які бажають купити зварювальний трансформатор. Так на ринку представлені трансформатори з механічним регулюванням та регульовані підмагнічуванням. Сучасні зварювальні перетворювачі напруги оснащуються колесами транспортування і випускаються в однокорпусному виконанні. Найбільш популярними моделями сучасних зварювальних трансформаторів є такі типи:
5.Закріплення вивченого матеріалу.
1. Чому сердечники трансформаторів виготовляють із окремих листів електротехнічної сталі, ізольованих лаком?
Відповідь: Сердечник виготовляють із спеціальної трансформаторної сталі, щоб зменшити втрати на перемагнічування. Його роблять замкнутим – зменшення розсіювання магнітного потоку. Сердечник виконують не з цільного шматка, а набирають із окремих ізольованих пластин для ослаблення струмів Фуко.
Рішення завдань біля дошки.
Трансформатор підвищує напругу з 220 В до 1,1 кВ і містить 700 витків у первинній обмотці. Який коефіцієнт трансформації? Скільки витків у вторинній обмотці?
Під якою напругою знаходиться первинна обмотка трансформатора, що має 1000 витків, якщо у вторинній обмотці3500 витків та напруга на ній 105 B?
6- 7. Підбиття підсумків заняття, виставлення оцінок. Диференційоване домашнє завдання
1. Повторити конспект.
2. Підготувати повідомлення та доповіді:
«Трансформатор Миколи Тесла»
« Застосування зварювальних трансформаторів на виробництві в Пензенській області»
«Правила безпеки під час роботи з трансформаторами».
М. О. Доливо-Добровольський
Студент читання вірша
Хвилю зустрічають грудьми кораблі,
Гудять мости під вітрами натужено,
Ідуть у космос супутники Землі.
І всюди, зварювальник, є твоя праця!
Пишаєшся ти своєю професією
І, якщо треба, не зважаючи на відпочинок,
Твориш ти мир та щастя для людей
Гарячим серцем, зварювання жарким сполохом!
Тут буде файл: /data/edu/files/i1461163555.docx (Технологічна карта уроку) Тут буде файл: /data/edu/files/y1461764490.pptx (Презентація "Історія створення трансформатора")
ГОЛОВНІ КОНКУРСИ ДЛЯ ДІТЕЙ І ПЕДАГОГОВ
Призовий фонд понад 200 000 рублів та сотні відмінних подарунків для кураторів: вебінари, лепбуки та книги!
Колаж на тему «Моє майбутнє» Реєстрація
Казкові вироби власноруч Реєстрація
Для дошкільнят (3-7 років)
Малюнок по темі «Портрет мами» Реєстрація
Вкради назву та склади історію Реєстрація