Переменный ток. Генератор переменного тока
Тип урока: изучение нового материала.
Цели урока:
I. Обучающая
1. Закрепление знаний по теме «Явление электромагнитной индукции».
2. Изучение устройства и принципа действия генератора переменного тока и его применения.
II. Развивающая
Развитие познавательных интересов и интеллектуальных способностей в процессе наблюдений и демонстрации эксперимента.
III. Воспитательная
1. Воспитание интереса к предмету, вооружение учащихся научными методами познания, позволяющими получить объективные знания об окружающем мире.
2. Воспитание ответственного отношения к природе, как социальной черты личности.
План урока
I. Организационный момент. (2 мин.)
II. Проверка домашнего задания. (10 мин.)
III. Изучение нового материала. (15 мин.)
IV. Закрепление знаний учащихся. (5 мин.)
V. Подведение итогов урока. (10 мин.)
VI. Домашнее задание. (3 мин.)
Ход урока
I. Организационный момент
1. Приветствие
II. Проверка домашнего задания.
1. Какую задачу в 1821 году поставил перед собой учёный М. Фарадей?
2. Удалось решить Фарадею эту задачу?
3. При каком условии во всех опытах в катушке, замкнутой на гальванометр, возникал индукционный ток?
4. В чём заключается явление электромагнитной индукции?
5. В чём практическая важность открытия явления электромагнитной индукции?
Физический диктант в рабочих тетрадях
Какими буквами обозначаются следующие величины? :
МАГНИТНЫЙ ПОТОК.
ИНДУКЦИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ.
СИЛА ТОКА.
ДЛИНА ПРОВОДНИКА
НАПИШИТЕ ФОРМУЛУ ДЛЯ РАСЧЁТА:
МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ.
МАГНИТНЫЙ ПОТОК
ОПРЕДЕЛИТЕ НЕИЗВЕСТНУЮ ВЕЛИЧИНУ.
l = 1м В = 0,8Тл I = 20 A F - ?
Актуализация опорных знаний – фронтальная беседа с учащимися.
Прежде чем мы будем говорить о производстве электрического тока, давайте вспомним:
Вопрос : Что называют электрическим током?
Ответ: Электрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц.
Вопрос : Какие вам известны источники тока?
Ответ: Аккумуляторы, батарейки и т. д.
Область применения каждого из перечисленных видов одинакова? Нет, она определяется их характеристиками. Давайте выясним, какие у них достоинства и недостатки и можно ли их применять повсеместно?
Химические источники тока: гальванические элементы; батареи аккумуляторов; ртутная батарейка, используемая в часах, калькуляторах и слуховых аппаратах, дает 1,4В; традиционная батарейка для карманного фонарика, дает 4,5 В. (демонстрация)
Достоинства – компактность, возможность использовать как автономный источник энергии.
Недостатки – небольшая энергоемкость, высокая стоимость энергии, недолговечность, проблема утилизации отходов.
Термоэлементы, фотоэлементы, солнечные батареи (демонстрация)
Достоинства – безмашинный способ получения энергии.
Недостатки – малый КПД, зависимость от погодных условий.
III. Изучение нового материала.
Итак, Майкл Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, которое заключается в возникновении индукционного тока под действием переменного магнитного поля.
После открытия этого явления многие скептики, сомневаясь, спрашивали: «Какая от этого польза?»
На что Фарадей ответил: «Какая может быть польза от новорожденного?»
Прошло немногим более половины столетия и, как сказал американский физик Р.Фейнман, «бесполезный новорожденный превратился в чудо-богатыря и изменил облик Земли так, как его гордый отец не мог себе и представить».
И этим богатырем, изменившим облик Земли, является генератор.
Генератор – это устройство, преобразующее энергию того или иного вида в электрическую энергию (запишите определение в тетрадь).
Электрический ток вырабатывается в генераторах - Откройте учебник на странице 174-175 рисунок 137, 149. Самостоятельно прочитайте и запишите в тетради, как устроен генератор, его основные части.
В настоящее время существуют различные модификации индукционных генераторов. Но все они состоят, из одних и тех же, частей – это магнит или электромагнит, создающий магнитное поле, и обмотка в которой индуцируется ток.
Обратите внимание, в данном случае вращается проволочная рамка, которая является ротором, магнитное поле создает неподвижный, постоянный магнит.
Обратите внимание, в данном случае вращается постоянный магнит, а неподвижна рамка..
На последнем уроке при выполнении лабораторной работы вы сделали вывод относительно связи направления индукционного тока в цепи с направлением движения магнита.
Электрический ток, периодически меняющийся со временем по модулю и направлению, называется переменным током.
Переменный ток: периодически меняющийся со временем
Производство электроэнергии.
Беседа:
– В чем преимущество электроэнергии перед другими видами энергии?
Ее можно передавать по проводам в любой населенный пункт;
Можно легко превращать в любые виды энергии;
Легко получать из других видов энергии;
Какие виды энергии можно преобразовать в электрическую?
Где производится электроэнергия?
В зависимости от вида преобразуемой энергии электростанции бывают:
Ветряные
Тепловые
Гидравлические
Атомные
Приливные
Геотермальные
Рассмотрим, какие виды энергии преобразуются от источника энергии – топлива до ее конечного использования на ТЭС?
Ответы учащихся:
Какие виды энергии преобразуются на ГЭС? (самостоятельно)
(сделать запись в конспект)
Генератор переменного тока.
Статор;
Ротор;
Индуцирование тока.
Передача эл.энергии.
Произведенная электроэнергия передается к потребителю. Кто, на ваш взгляд, являются основными потребителями электроэнергии?
Промышленность (почти 70%)
Транспорт
Сельское хозяйство
Бытовые нужду населения
Поэтому преобладающую роль в наше время играют электромеханические индукционные генераторы тока.
Практически они дают всю используемую энергию. Какие они имеют достоинства, преимущества и недостатки, нам предстоит выяснить сегодня на уроке.
Надо сказать, что стандартная частота тока, применяемая в осветительной сети и промышленности России и большинства стран мира, равна 50Гц, в США частота равна 60Гц
Добиться ответа:
На гидроэлектростанциях – потоком падающей воды;
На тепловых – паром высокого давления и температуры.
5. просмотр видео «получение переменного тока»
Мы живем в 21 веке и основой цивилизованного образа жизни, следовательно, и научно-технического прогресса, является энергия, которой требуется все больше и больше. Но здесь возникает проблема. Эту проблему можно назвать - проблема «трех Э »: Энергетика + Экономика + Экология. Для бурного развития экономики , требуется все больше и больше энергии , увеличение выработки энергии - ведет к ухудшению экологии , наносит большой вред окружающей среде.
Ведь энергетика является одной из самых загрязняющих отраслей народного хозяйства. При неразумном подходе происходит нарушение нормального функционирования всех компонентов биосферы (воздуха, воды, почвы, животного и растительного мира), а в исключительных случаях, подобных Чернобылю, под угрозой оказывается и сама жизнь. Поэтому главным должен стать подход с экологических позиций, учитывающих интересы не только настоящего, но и будущего.
Между тем, ТЭС являются одними из основных загрязнителей атмосферы твердыми частицами золы, окислами серы и азота, а также углекислым газом, способствующим возникновению «парникового эффекта». Над городами образуются, так называемые острова тепла, из-за усиленного выброса энергии которых, нарушается нормальное течение атмосферных процессов. В городе Сургуте наблюдалось образование торнадо над водохранилищем ГРЭС -2
В настоящее время назрела необходимость внедрения ресурсосберегающих и безотходных технологий; переход к чистым, альтернативным и неисчерпаемым источникам энергии.
Строят электростанции разного типа, геотермальные, ветряные, и т.д.
IV. Закрепление знаний, полученных на уроке.
1. Какой электрической ток называется переменным?
2. Где используют переменный электрический ток?
Какими бы ни были типы электростанций, главное устройство на любом из них – это генератор.
Вопрос : Что называют генератором?
Ответ: Генератор – это устройство, преобразующее энергию того или иного вида в электрическую.
Вопрос : Назовите основные части генератора.
Ответ: Ротор, статор.
Вопрос : Фонари по дороге стоят одиноко.
Десять герц – частота переменного тока.
Кто ответит мне ясно, без тени смущенья:
Этот ток применяют ли для освещения?
Ответ: Нет .
V. Подведение итогов .
Сегодня на уроке, мы с вами разобрали принцип действия генератора, этого внушительного сооружения из проводов, изоляционных материалов, стальных конструкций. Но при своих огромных размерах в несколько метров важнейшие детали генераторов изготавливаются с точностью до миллиметра. Нигде в природе нет такого сочетания движущихся частей, которые могли бы порождать, электрическую энергию столь же непрерывно и экономично.
Проверка знаний - проверь соседа!
А сейчас проверим, на сколько, вы усвоили данный материал. У вас на столах лежат тестовые задания по теме нашего урока, карандашом заносите правильный ответ. Кто ответит правильно на 8 вопросов, получит «5», на 6-7 вопросов, оценку - «4», за 4-5 правильных ответов получит «3».
Тест: Генерирование электрической энергии. Ф-9
На каком явлении основано действие электромеханического индукционного генератора переменного тока?
электростатической индукции;
электромагнитной индукции;
термоэлектронной эмиссии.
Генерирование электрической энергии представляет собой…
создание материи;
создание энергии;
преобразование энергии.
Изменяясь во времени магнитное поле, может быть источником…
магнитного поля;
электрического поля;
гравитационного поля;
электростатического поля.
Переменный ток вырабатывают на...
Промышленная частота используемого в России переменного тока...
Для того чтобы зафиксировать возникновение индукционного тока в рамке, вращающейся в магнитном поле, нужно к выводам ее присоединить…
Простейший генератор переменного тока представляет собой...
Выставление оценок в журнал
VI. Домашнее задание:
Основной материал § 50. (Учебник «Физика», 9 кл. А.В Перышкин, Е.М. Гутник.) Упр. 40(2)
Спасибо за внимание. Всего хорошего. До свидания.
Повторение:
Так как действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции, следовательно, перед объяснением нового материала необходимо повторить следующие вопросы:
При каких условиях возникает индукционный ток?
Что называется электромагнитной индукцией?
В каких опытах можно получить индукционный ток?
Как возникает ЭДС индукции в неподвижных проводниках?
Что является причиной возникновения ЭДС в движущихся проводниках?
Объяснение нового материала.
Генератор переменного тока .
Генератор тока – устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую.
Основные части генератора:
Индуктор – устройство, создающее МП.
Якорь – обмотка, в которой индуцируется ЭДС.
Кольца со щетками – устройство, которым снимают с вращающихся частей индукционный ток или подают ток питания электромагнитом.
ЭДС, индуцируемая в последовательно соединенных витках, будет складываться из суммы ЭДС в каждом из них, поэтому обмотка якоря состоит из множества витков.
Генератор состоит из неподвижной части — статора и подвижной части — ротора . Обычно на роторе располагаются электромагниты с полюсами N и S. Их обмотка, называемая обмоткой возбуждения, питается через кольца и щетки от источника постоянного тока. В пазах статора, собранного из стальных листов, находятся проводники обмотки статора. Они соединены друг с другом последовательно поочередно с передней и с задней сторон статора.
Для технических целей применяется переменный ток синусоидальной формы с частотой 50 Гц, для этого ротор должен вращаться с частотой 50 об/с. Чтобы уменьшить частоту вращения, увеличивают число пар полюсов индуктора. ν = nf , n – число пар полюсов, f — частота вращения ротора.
Трансформатор.
Впервые трансформаторы были использованы в 1878 г. русским учёным П.Н. Яблочковым для питания изобретённых им ‘электрических свечей» – нового в то время источника света. Идея П.Н. Яблочкова была развита сотрудником Московского университета И.Ф. Усагиным, сконструировавшим усовершенствованный трансформатор. (Демонстрация разборного универсального трансформатора).
С помощью разборного универсального трансформатора рассматриваем устройство трансформатора.
Трансформатор состоит из замкнутого сердечника, на который надеты две (иногда и более) катушки с проволочными обмотками. Одну из обмоток, называемую первичной, подключают к источнику переменного напряжения. Вторую обмотку, к которой присоединяют «нагрузку», то есть приборы и устройства, потребляющие электроэнергию, называют вторичной.
Зарисовать в тетрадь схему устройства трансформатора, его условное обозначение (планшет)
Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. При прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике появляется переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукции в каждой обмотке. Сердечник из трансформаторной стали концентрирует магнитное поле, так, что магнитный поток существует только внутри сердечника и одинаков во всех его сечениях.
В первичной обмотке, имеющей n 1 витков, полная ЭДС индукции е 1 равна n 1 е.
Во вторичной обмотке полная ЭДС е 2 равна n 2 е, следовательно
Обычно активное сопротивление обмоток трансформатора мало, и им можно пренебречь. В этом случае модуль напряжения на зажимах катушки приблизительно равен ЭДС индукции, значит:
Мгновенные значения ЭДС е
1
и е
2
изменяются синфазно (одновременно достигают максимума и одновременно проходят через нуль.) Поэтому отношение
можно заменить:
Величину k называют коэффициентом трансформации .
При k > 1, — трансформатор – понижающий. При k < 1 – повышающий.
Вывод о назначении трансформатора
Наиболее важное применение трансформатора — это передача электрической энергии на большое расстояние.
Большое практическое применение трансформатор находит в электросварке.
Образование двух противоположных магнитных потоков в сердечнике полностью нагруженного трансформатора положено в основу устройства современного бытового электрического звонка.
В радиотехнике для понижения напряжения (силовые трансформаторы).
КПД трансформатора ɳ = * 100%, или ɳ= I 2 U 2 / I 1 U 1 .
Р 2 -мощность вторичной обмотки, Р 1 -мощность первичной обмотки. В современных мощных трансформаторах суммарные потери 2-3%. КПД составляет 97-98%.
Закрепление:
1. Почему сердечники трансформаторов изготовляют из отдельных листов, изолированных лаком?
2. Почему трансформатор выходит из строя, когда замыкаются накоротко хотя бы два соседних витка?
3. Почему сердечники трансформаторов собирают из пластин электротехнической стали?
Дома:
1. Подготовить доклад: передача электрической энергии, и ее использование.
2. Изготовить модель понижающего трансформатора.
3. Доклад: успехи и перспективы электрификации России.
4. Доклад: экономия электроэнергии.
Вопрос:
1. Какой электрический ток называется переменным?
1) Электрический ток, периодически меняющийся со временем по модулю и направлению
2) Электрический ток, периодически меняющийся со временем
3) Электрический ток, периодически меняющийся по модулю
4) Электрический ток, периодически меняющийся со временем по направлению
2. Где используют переменный электрический ток?
1) в домах. 2) квартирах. 3) на производстве. 4) на автомобилях.
5) велосипедах.
3. Почему генераторы переменного тока называют индукционными?
1) их действие основано на явлении электрического тока
2) их действие основано на магнитном действии
3) их действие основано на явлении электромагнитной индукции
4) их действие основано на явлении постоянного магнита:
4. Из чего состоит электромеханический индукционный генератор?
1) генератора. 2) станины. 3) статора.
4) ротора. 5) полукольца. 6) щетки.
5. Какая часть индукционного генератора подвижная?
1) статор. 2) ротор. 3) щетки. 4) обмотка.
6. Какая часть индукционного генератора не подвижна?
1) обмотка. 2) ротор. 3) статор.
7. Чем приводится во вращение ротор генератора на тепловых станциях?
1) водой. 2) паром от сгоревшего топлива. 3) бензином. 4) керосином.
8. Чем приводится во вращение ротор генератора на гидроэлектростанции?
1) паром. 2) водой. 3) керосином. 4) кувалдой.
9. Какова стандартная частота переменного тока?
1) 65Гц. 2) 55 Гц. 3) 40 Гц. 4) 50 Гц. 5) 70 Гц.
10. Из каких элементов состоит трансформатор?
1) сердцевина. 2) сердечник. 3) первичная обмотка.
4) вторичная обмотка. 5) обмотки из проволоки.
11. Для чего предназначен трансформатор?
1) Трансформатор предназначен для увеличения или уменьшения переменного напряжения и силы тока
2) Трансформатор предназначен для увеличения или уменьшения переменного напряжения
3) Трансформатор предназначен для увеличения или уменьшения силы тока
4) Трансформатор предназначен для уменьшения переменного напряжения и силы тока
5) Трансформатор предназначен для увеличения напряжения и силы тока
12. Сколько видов трансформаторов существует?
1) 1. 2) 2. 3) 3. 4) 4. 5) 5.
13. К какой обмотке трансформатора подключают переменный электрический ток?
1) к первичной. 2) к вторичной. 3) к первичной и вторичной.
14. По какому физическому закону можно определить потери электроэнергии в ЛЭП?
1) закон Джоуля. 2) закон Джоуля-Ленца. 3) закон Ленца.
4) закон Паскаля. 5) закон Ньютона.
15. Кто изобрел трансформатор?
1) Лебедев. 2) Тимирязев. 3) Яблочков. 4) Паскаль.
| 1,2,3 | 3,4,5,6 | 2,3,4 |
Разделы: Физика Тип урока – формирование новых знаний. Оборудование:
Цель урока:
Ход урока1. Организационный момент.2. Актуализация опорных знаний. (Слайды 1,2)1. Проводник находится в электрическом поле. Как движутся в нём свободные электрические заряды? А. Совершают колебательное движение 2. Что принято за направление электрического тока? А. Направление упорядоченного движения
положительно заряженных частиц. 3. Какова роль источника тока в электрической цепи? А. Порождает заряженные частицы. 4. В проводнике отсутствуют электрическое поле. Как движутся в нём свободные электрические заряды? А. Совершают колебательное движение. 5. Какие силы вызывают разделение зарядов в источнике тока? А. Кулоновские силы отталкивания. 3. Сообщение цели и плана урока .Мы повторили материал о постоянном электрическом токе, а теперь изучим переменный электрический ток. (Слайды 3,4) знать:
уметь:
4. Изучение нового материала.До конца XIX века использовались только источники постоянного тока – химические элементы и генераторы. Это ограничивало возможности передачи электрической энергии на большие расстояния. Проблема была решена при использовании переменного тока и трансформаторов. (Слайды 5,6) Переменный ток – это ток, изменение которого по величине и направлению повторяется периодически через равные промежутки времени и который характеризуется амплитудой, периодом, частотой, фазой . Амплитуда – максимальное значение физической величины.(обозначают прописными буквами с индексом m: Im, Um, Em Период – время, в течение которого переменный ток совершает полный цикл своих изменений. Т – период, с. Частота – это число периодов в секунду. f – частота, Гц. f = 50Гц– промышленная частота переменного тока в России. Это интересно. (Слайд 7). (Сообщение студента о выборе промышленной частоты в других странах). Рассмотрим примеры параметров переменного тока. (Слайд 8)
Получение (генерирование) переменного тока. (Слайды 9,10) Честь создания генераторов переменного тока, совершивших революцию в электротехнике, принадлежит сербу Н. Тесле и русскому инженеру М.О. Доливо-Добровольскому. Работа генератора переменного тока основана на явлении электромагнитной индукции (ЭМИ). Устройство генератора переменного тока. (Слайд 11)
При равномерном вращении ротора в обмотках статора наводится ЭДС: е = E sin t = BSN sin 2nt, где e = BSN – максимальное значение ЭДС; n – число оборотов ротора в секунду; N – число витков обмотки статора. Вырабатываемое напряжение в промышленных генераторах -В.
При вращении рамки в магнитном поле меняется магнитный поток. В рамке наводится переменная ЭДС индукции. Если цепь замкнута, то возникает индуктивный ток, который непрерывно меняется по модулю, а через 1 / 2 Т – по направлению. Вынужденные электрические колебания, возникшие в цепях под действием напряжения, осуществляются по синусоидальному закону u =sint или u =cost. . ознакомиться с устройством, принципом действия, основными режимами работы генератора постоянного тока с независимым возбуждением; приобрестипрактические навыки пуска, эксплуатации и остановки генератора постоянного тока; экспериментально подтвердить теоретические сведения о характеристиках генератора постоянного тока. Основные теоретические положенияЭлектрические машины постоянного тока могут работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя, т.е. обладают свойством обратимости. Генератор постоянного тока - это электрическая машина, предназначенная для преобразования механической энергии в электрическую энергию постоянного тока. Электродвигатель постоянного тока -электрическая машина, предназначенная для преобразования электрической энергии постоянного тока в механическую. Общий вид электрической машины постоянного тока представлен на рис. 1. Устройство электрической машины постоянного токаКак и любая другая электрическая машина, машина постоянного тока состоит из неподвижной части - статора и вращающейся части -ротора 1, выполняющего функциюякоря , так как в его обмотках наводится ЭДС. В статоре машины находится обмотка возбуждения, создающая необходимый магнитный поток Ф . Статор состоит из цилиндрической станины 2 (стальное литье, стальная труба или сваренная листовая сталь), к которой крепятся главные 3 и дополнительные 4 полюса с обмотками возбуждения. С торцов статор закрывают подшипниковые щиты 5. В них впрессовываются подшипники и укрепляется щеточная траверса с щетками 6. Якорь состоит из цилиндрического пакета (набранного из лакированных листов электротехнической стали для ослабления вихревых токов). В пазы сердечника якоря укладывается обмотка, соединенная с коллектором 7; все это закрепляется на валу якоря. Принцип действияПростейшую электрическую машину можно представить в виде витка, вращающегося в магнитном поле (рис. 2,а ,б ). Концы витка выведены на две пластины коллектора. К коллекторным пластинам прижимаются неподвижные щетки, к которым подключается внешняя цепь.
Принцип работы электрической машины основан на явлении электромагнитной индукции. Рассмотрим принцип работы электрической машины в режиме генератора. Пусть виток приводится во вращение от внешнего приводного двигателя (ПД). Виток пересекает магнитное поле, и в нем по закону электромагнитной индукции наводится переменная ЭДС, направление которой определяется по правилу правой руки. Если внешняя цепь замкнута, то по ней потечет ток, направленный от нижней щетки к потребителю и от него - к верхней щетке. Нижняя щетка оказывается положительным выводом генератора, а верхняя щетка - отрицательным. При повороте витка на 180 0 проводники из зоны одного полюса переходят в зону другого полюса и направление ЭДС в них изменится на обратное. Одновременно верхняя коллекторная пластина входит в контакт с нижней щеткой, а нижняя пластина-с верхней щеткой, направление тока во внешней цепи не изменяется. Таким образом, коллекторные пластины не только обеспечивают соединение вращающего витка с внешней цепью, но и выполняют роль переключающегося устройства, т.е. являются простейшим механическим выпрямителем. Для уменьшения пульсаций в генераторе постоянного тока вместо одной катушки по окружности якоря размещается несколько равномерно разнесенных обмоток, которые образуют обмотку якоря, и присоединяются для изменения полярности ЭДСк коллектору, состоящему из большего числа сегментов. Поэтому ЭДСв цепи между выводами щеток пульсирует уже не так сильно, т.е. получается практически постоянной. Для этой постоянной ЭДС справедливо выражение Е =с 1 Фn , где с 1 -коэффициент, зависящий от конструктивных элементов якоря и числа полюсов электрической машины;Ф - магнитный поток;n - частота вращения якоря. При работе машины в режиме генератора по замкнутой внешней цепи и витку обмотки якоря протекает ток i = I я, направление которого совпадает с направлением ЭДС (см. рис. 2,б ). По закону Ампера взаимодействие тока i и магнитного поляВ создает силуf , которая направлена перпендикулярноВ иi . Направление силыf определяется правилом левой руки: на верхний проводник сила действует влево, на нижний-вправо. Эта пара сил создает вращающий моментМ вр , направленный в данном случае против часовой стрелки и равный М =с 2 Ф I я. Этот момент противодействует моменту привода, т.е. является тормозящим моментом. Ток якоря I я вызывает в якорной обмотке с сопротивлениемR я падение напряженияR я I я , так что при нагрузке напряжениеU на выводах щеток получается меньше, чемЭДС , а именно U = E – R я I я. Урок на тему «Получение переменного электрического тока». Тип урока: изучение нового материала. Цели урока: Обучающая Закрепление знаний по теме «Явление электромагнитной индукции». Изучение устройства и принципа действия генератора переменного тока и его применения. Развивающая Развитие познавательных интересов и интеллектуальных способностей в процессе наблюдений и демонстрации эксперимента. Воспитательная Воспитание интереса к предмету, вооружение учащихся научными методами познания, позволяющими получить объективные знания об окружающем мире. Воспитание ответственного отношения к природе, как социальной черты личности. Оборудование Источник тока (ВС - 24М); Демонстрационный разборный трансформатор; Ключ, гальванометр, электронный осциллограф, лампочки (220В, 40Вт; 3,5В, 0,2А) Плакаты. Компьютер и проектор. Ход урока Организационный момент Проверка домашнего задания. 1. Какую задачу в 1821 году поставил перед собой учёный М. Фарадей? 2. Как он решил эту задачу? (Ученик демонстрирует опыты) 3. Сделать вывод: при каком условии во всех опытах в катушке, замкнутой на гальванометр, возникал индукционный ток? 4. В чём заключается явление электромагнитной индукции? 5. В чём практическая важность открытия явления электромагнитной индукции? 6. Назовите фамилии отечественных учёных, внесших большой вклад в разработку и создание генераторов электрической энергии? Итак, мы переходим к устройству, которое дает возможность получить электрический ток, и называется генератором. Идея получения электрического тока таким способом впервые пришла Майклу Фарадею. В его рисунках даже сохранился чертеж первого генератора. Большинство генераторов - это т.н. электромеханические генераторы, в них за счет механического движения подвижной части такого генератора создается переменный электрический ток. На сегодняшний день вся промышленность использует именно переменный электрический ток. Объясняется это тем, что очень удобно, во-первых, получить переменный электрический ток, а во-вторых, удобно передавать его на большие расстояния. Вот поэтому в мире везде и всюду используется именно переменный ток. Обозначают его на всех схемах волнистой линией. Современный генератор представляет собой довольно сложное устройство, но в основном состоит он из двух частей - ротора и статора. Рисунок 12 - Устройство генератора. Статор - это неподвижная часть. Ротор - подвижная. Можно сказать, что статор - это аналог катушки с большим числом витков. А ротор - это магнит, который вращается и создает изменяющийся магнитный поток с течением времени, пронизывая те витки, которые находятся в статоре, индуцирует, наводит в этих витках электрический ток. Если генератор маломощный, то обычно ротор делают из постоянного магнита. Ему придают определённую форму, создают внутри несколько отдельных полюсов. Этот постоянный магнит, вращаясь прямо внутри статора, непосредственно создаёт индукционный электрический ток. Если же необходим мощный генератор, то в этом случае ротор - уже не постоянный магнит, а электромагнит. Конечно, необходимо сказать, что во всех генераторах ротор вращается за счет работы сторонней силы. Если этот генератор установлен на гидроэлектростанции, то там используется энергия падающей воды. В этом случае ротор вращается с небольшой скоростью. Поэтому приходится делать ротор сложной формы, чтобы создать большое изменение магнитного потока при вращении ротора и получить значительный электрический ток. Например, у генератора на тепловых электростанциях ротор будет вращаться за счет поступающего пара, там частота вращения достаточно большая, и в этом случае количество полюсов и форма ротора будет совсем иная. Рисунок 13 - Устройство ротора и статора. Если говорить про статор, то это неподвижная часть генератора. В ней прорезаются пазы. Представьте себе цилиндр, в котором прорезаны пазы, в этих пазах укладывается обмотка статора, где и создается индукционный электрический ток. Так устроены генераторы переменного тока. Большое значение имеет вопрос о передаче переменного электрического тока. Передача переменного электрического тока на большие расстояния связана с электромагнитной индукцией. Чтобы передать переменный электрический ток, используются приборы, которые называются трансформаторами. Трансформатор - прибор для преобразования электрического тока и напряжения. Он состоит из двух катушек, они называются обмотками, и эти две катушки (катушек может быть и больше на самом деле) надеты на один сердечник. Рисунок 14 - Внешний вид трансформатора. Трансформатор - это устройство, которое состоит из двух или большего количества катушек, надетых на общий сердечник. Когда мы подключаем переменный электрический ток к одной из катушек, в ней создается переменное магнитное поле. Магнитное поле одной катушки усиливается за счет железного сердечника и своим магнитным потоком пронизывает витки другой катушки. Тем самым в другой катушке тоже будет создаваться электрический ток. Если мы будем теперь изменять количество витков в одной катушке и в другой катушке, то будут меняться значения электрического тока в различных катушках. Вот здесь и происходит самое главное. Дело в том, что, когда электрический ток протекает по проводам, главная потеря связана с тем, что провода нагреваются, т.е. сказывается тепловое действие электрического тока. Это является главным неудобством при передаче постоянного электрического тока. А если мы говорим о переменном токе, то за счет трансформатора, изменяя витки в катушках, можно регулировать значение электрического тока. Если мы уменьшим количество витков, то можем изменить и значение электрического тока. Мы можем его уменьшить, и потери электрического тока при передаче тоже уменьшатся. Следовательно, трансформатор дает возможность уменьшить значение электрического тока и увеличить при этом напряжение электрического тока. Таким образом, удобно передавать переменный электрический ток, трансформатор называется повышающим тогда, когда напряжение увеличивается. Когда такой электрический ток приходит уже непосредственно к нам в квартиры, то включают другой трансформатор, который называется понижающим. В этом случае напряжение уменьшается до 220 Вт, но сила тока в цепи возрастает. Этот электрический ток мы используем в бытовых приборах. Если мы будем рассматривать отдельно каждую линию электропередач (кратко ее называют ЛЭП), то каждая такая линия отдельно разрабатывается для конкретной электростанции, с которой мы получаем электроэнергию. На пути ее передачи устанавливаются трансформаторные станции, которые меняют напряжение переменного электрического тока. Задача Проволочное кольцо помещено в однородное магнитное поле (рис. 1). Стрелочки, изображенные рядом с кольцом, показывают, что в случаях а и б кольцо движется прямолинейно вдоль линий индукции магнитного поля, а в случаях в, г и д - вращается вокруг оси 00". В каких из этих случаев в кольце может возникнуть индукционный ток? Рисунок 15 Ответ: Индукционный ток в кольце возникает только в случае г) , так как только в этом случае изменяется магнитный поток, пронизывающий контур кольца. Изучение нового материала. Учитель демонстрирует опыт Фарадея, акцентируя внимание на том, что модуль и направление индукционного тока периодически меняется. Демонстрация опыта. Рисунок 16 - Схема демонстрации опыта и полученной осциллограммы. Наблюдая опыт по осциллограмме напряжения, ученики должны подойти к выводу: сила тока (напряжение) в осветительной сети меняется со временем по гармоническому закону (то есть по закону синуса или косинуса). Учитель дополняет вывод информацией, что стандартная частота тока, применяемая в осветительной сети и промышленности России и большинства стран мира, равна 50Гц. Учитель демонстрирует модель генератора переменного тока (вращение проволочной рамки в магнитном поле). Учитель заостряет внимание учащихся на том, что в генераторе происходит превращение механической энергии в электрическую. 4 . Объяснение по плакату устройства современного электромеханического индукционного генератора и назначения его основных элементов. Рисунок 17 - Устройство современного электромеханического индукционного генератора. Вопрос к классу : каким образом приводится во вращение ротор генератора на гидроэлектростанции, на тепловой электростанции? Обсуждаются и уточняются ответы учащихся. Добиться ответа: На гидроэлектростанциях - потоком падающей воды; На тепловых - паром высокого давления и температуры. 5. Учитель демонстрирует действующую модель электростанции. Содержание демонстрационного опыта: Соединяем шкив водяной турбины с помощью резинового ремня со шкивом генератора. Генератор замыкаем на низковольтовую лампочку 3,5В. Подаём воду из водопроводного крана в турбину. Вращение турбины передаётся генератору. Наблюдаем свечение лампочки. Ученики должны подойти к выводу: что механическая энергия воды (пара) превращается в механическую энергию ротора, которая в свою очередь превращается в электрическую энергию! 6. На экран проецируются фотографии промышленных предприятий. Закрепление знаний, полученных на уроке. 1) Вопросы: Какой электрической ток называется переменным? С помощью какого простого опыта его можно получить? Где используют переменный электрический ток? На каком явлении основано действие наиболее распростра-ненных в настоящее время генераторов переменного тока? Расскажите об устройстве и принципе действия промыш-ленного генератора. Чем приводится во вращение ротор генератора на тепловой электростанции? на гидроэлектростанции? Какова стандартная частота промышленного тока, приме-няемого в России и многих других странах? 2) Решение задачи: Волжская ГЭС им. В.И. Ленина построена в 1950-1957 г.г., имеет напор 30м (разность высот между верхним и нижним течением), и электрическую мощность 2300 МВт. Оценить ежесекундный расход воды. Дано: Решение: V = 1 м 3 1) Ep = m·g·h m = ρ·V Ep = ρ·V·g·h ≈ 300 ·103 Дж 2) P = W = n·Ep Количество кубометров ежесекундно падающих с плотины Ответ: Ep = 300 кДж, ≈ ρ = 10 3 кг/м 3 P = 2,3 ·10 9 Вт E p - ? n = = ? Подведение итогов. Учитель подводит итоги урока, выставляет оценки ученикам, комментируя каждый ответ и оценку. Домашнее задание: Основной материал § 50. Упр. 40(2), стр. 168. Дополнительный материал: подготовить сообщения по теме «Тепловые станции Тольятти» и «Экологические проблемы, связанные с работой тепловых и гидроэлектростанций». |
