Цели  урока:

а) Обучающая: изучение электромагнитных явлений

б) Воспитательная: положительного отношения к знаниям; воспитание дисциплинированности

в) Развивающая: развитие мышления (классифицировать факты, делать обобщающие выводы и т. д.); развитие познавательных умений (формирование умений выделять главное, конспект, наблюдать); развитие умения владеть собой

Задачи  урока:

Изучить процесс передачи электрической энергии

Обеспечение урока:

«Физика 9» (авторы Дынич В.И., Толкачев Е.А и др.)

Ход урока:

1. Организационный момент – 1 мин

2. Проверка домашнего задания – 10 мин

3. Объяснение нового материала – 15 мин

4. Решение задач – 12 мин

5. Физкультурная минутка – 5 мин

6. Домашнее задание – 2 мин

Домашнее задание: §8

Конспект урока:

Передача электрической энергии. Трансформатор.

Электростанции, вырабатывающие электрическую энергию, выгодно строить там, где есть дешевые источники энергии: запасы угля, торфа, нефти, водные потоки и т. д. От станции электроэнергию необходимо передать (рис. 46) в места, где находятся потребители: населенные пункты, заводы, фабрики. Как осуществить передачу электроэнергии ?

Электростанции вырабатывают ток большой мощности — сотни тысяч киловатт. Из 8-го класса вам известно, что электрическая мощность равна:

P=IU

Эту мощность надо передать к потребителю, причем так, чтобы тепловые потери мощности на нагревание  проводов линии электропередачи (ЛЭП) были, по возможности, наименьшими. Тепловая мощность электрического тока, как известно из физики 8-го класса, P_тепл= I²R. Уменьшение этой мощности за счет уменьшения сопротивления R проводов ЛЭП означает увеличение площади поперечного сечения проводов (вспомните: R=ρl/s ).

Но это экономически невыгодно, так как надо израсходовать много металла. Тогда следует уменьшить силу тока, но при этом увеличить напряжение, при котором передается мощность P=IU, вырабатываемая электростанцией.

Часто напряжение в ЛЭП составляет сотни киловольт. Но потребитель не может использовать такое высокое напряжение. Например, большинство электроприборов в наших домах рассчитаны на напряжение U=220B.

Для повышения и понижения напряжения служит трансформатор. Трансформатор был изобретен в 1876 г. русским ученым П. Н. Яблочковым.

Простейший трансформатор состоит из двух катушек с проволочными обмотками, надетых на стальной сердечник (рис. 47). Условно (на схемах) трансформатор обозначают так, как показано на рисунке 47.

Рассмотрим работу трансформатора на опыте. Обмотку катушки подключим к источнику переменного тока (рис. 48, а). Эту обмотку назовем  первичной.

Подадим на нее от источника напряжение U₁ = 5B. К концам обмотки катушки 2 (назовем ее вторичной) присоединим вольтметр. Он показывает напряжение на обмотке U₂ =150В, что в 30 раз больше, чем напряжение на первичной обмотке. Но если подсчитать число N₂ витков вторичной обмотки, то оно оказывается в 30 раз больше числа N_l витков первичной обмотки. Такой трансформатор называется повышающим.

Поменяем катушки местами. Теперь число витков первичной обмотки в 30 раз больше числа витков вторичной обмотки. Подадим на первичную обмотку от источника переменного тока напряжение U₁ = 150 В (рис.48, б). Вольтметр, подключенный к концам вторичной обмотки, показывает напряжение U₂ = 5 В, что в 30 раз меньше U₁. Теперь трансформатор работает как понижающий.

U₁/U₂=N₁/N₂

U₁ - напряжение на первичной обмотке трансформатора

U₂ - напряжение на вторичной обмотке трансформатора

N_l – число витков первичной обмотки трансформатора

N₂ – число витков вторичной обмотки трансформатора

При передаче электроэнергии на электростанциях ставят повышающий трансформатор. Он увеличивает напряжение в линии электропередачи, уменьшая тем самым силу тока и, как следствие, тепловые потери мощности. Непосредственно у потребителя (населенного пункта, фабрики, завода и т. д.) напряжение необходимо уменьшить. Это осуществляется с помощью понижающего трансформатора.

Чаще всего понижение напряжения происходит ступенчато. На каждой ступени напряжение становится все меньше (рис. 49).

После понижения напряжения до 6 кВ ток под этим напряжением по подземным кабелям идет к местным (районным) трансформаторам. Они еще раз понижают напряжение от 6 кВ до 220 В, и от районных трансформаторов ток идет в здания. Районные трансформаторы устанавливаются в специальных будках без окон. На двери будки написано: «Не входить. Опасно для жизни» и изображен специальный знак (рис. 50). Открывать эту будку разрешено только специалистам».

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. Проходя по первичной обмотке, переменный ток создает изменяющееся магнитное поле, которое пронизывает витки вторичной обмотки. Изменяющееся магнитное поле возбуждает во вторичной обмотке переменный индукционный ток и напряжение в каждом витке. Чем больше витков в обмотке, тем больше на ней напряжение. Детально физические основы работы трансформатора вы рассмотрите  в 11-м классе.

Трансформаторы используются не только для передачи электрической мощности от электростанции к потребителю. Они широко применяются как преобразователи напряжения от 220 В до более низких значений во многих электро- и радиотехнических устройствах.

Главные выводы

1.      При передаче электрической мощности на большие расстояния неизбежны тепловые потери мощности в линии передачи.

2.  Чтобы снизить тепловые потери, необходимо передавать электрическую мощность при высоком напряжении.

3.  Повысить или понизить напряжение можно с помощью трансформатора.

4.  Трансформатор повышает (понижает) напряжение во столько раз, во сколько раз число витков вторичной обмотки больше (меньше) числа витков первичной обмотки.