Lekcja alternatora prądu przemiennego. Zarys lekcji fizyki
Pole elektromagnetyczne
LEKCJA 8/20
Motyw. Prąd przemienny. Alternator
Cel lekcji: kształtowanie zrozumienia przez uczniów prądu przemiennego i sposobów jego uzyskiwania.
Typ lekcji: lekcja łączona.
PLAN LEKCJI
BADANIE NOWEGO MATERIAŁU
W produkcji i życiu codziennym prąd przemienny jest znacznie częściej używany niż prąd stały.
Ø Prąd przemienny to prąd elektryczny, który okresowo zmienia wielkość i kierunek.
Prąd przemienny wytwarzany jest przez generatory prądu przemiennego wykorzystujące zjawisko indukcji elektromagnetycznej. Wyobraźmy sobie przewodnik w postaci ramy o powierzchni S, która obraca się równomiernie z prędkością kątową ω w jednolitym polu magnetycznym (indukcja magnetyczna jest prostopadła do osi obrotu ramy). Strumień magnetyczny przez ramkę Ф \u003d ВScosα, gdzie α jest kątem między wektorem normalnym a polem ramy i liniami indukcji magnetycznej.
Jeśli zaczniemy liczyć czas w momencie, gdy wektor jest skierowany wzdłuż linii indukcji magnetycznej, to początkowa wartość kąta α jest równa zeru, a zależność kąta od czasu ma postać: α \u003d ωt, dlatego Ф \u003d BScosωt.
Zmiana strumienia magnetycznego prowadzi do pojawienia się indukcji elektromagnetycznej w ramie. Zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej, szybkość zmiany strumienia magnetycznego Δ Ф / Δ t z punktu widzenia matematyki jest pochodną funkcji Ф (t), dlatego
Zatem rozważana rama jest źródłem pola elektromagnetycznego, wykonuje oscylacje harmoniczne z amplitudą Jeśli rama składa się z N zwojów, wówczas amplituda pola elektromagnetycznego wzrasta o N razy:
Aby skorzystać z wynikowego pola elektromagnetycznego, możesz przymocować ruchome końce ramy do stałych styków zewnętrznego koła elektrycznego. Można na przykład zapewnić, że metalowy pierścień z każdego końca ramy ślizga się po jego elastycznym styku (szczotce). Wtedy szczotki można uznać za bieguny źródeł prądu.
Jeśli podłączysz rezystor o rezystancji R do tych biegunów, napięcie na rezystorze zbiegnie się z polem elektromagnetycznym w ramie: a prąd w rezystorze wyniesie:
Amplituda prądu w tym wyrażeniu to okres prądu przemiennego i jego częstotliwość
MOCOWANIE BADANEGO MATERIAŁU
CZEGO SIĘ DOWIEDZILIŚMY
· Prąd przemienny to prąd elektryczny, który okresowo zmienia wielkość i kierunek.
· Alternator jest urządzeniem elektromechanicznym, które przekształca energię mechaniczną w energię elektryczną prądu przemiennego.
Рів1 № 9.2; 9,11; 9,12; 9.13.
Рів2 № 9,24; 9,25; 9,26, 9,27.
Рів3 № 9,31, 9,32; 9,33; 9.34.
Ogólnorosyjski Festiwal Twórczości Pedagogicznej
(Rok akademicki 2016/2017)
Nominacja: Pomysły i technologie pedagogiczne
Tytuł pracy: Streszczenie lekcji na temat „Alternator. Transformator „9 komórek
Lekcja na ten temat: Alternator. Transformator.
Cel lekcji: powtórzenie i uogólnienie wiedzy o przemysłowej metodzie pozyskiwania energii elektrycznej, szczegółowe badanie transformatora.
Zadania
Edukacyjny
Utrwalenie wiedzy na tematy „Zjawisko indukcji elektromagnetycznej i prądu przemiennego”.
Przestudiuj zasadę odbierania i przesyłania prądu przemiennego.
Przedstaw urządzenia techniczne: alternator i transformator.
Rozwijam się
Stwórz warunki do rozwoju zainteresowań poznawczych i zdolności intelektualnych w procesie obserwacji demonstracji eksperymentu i samodzielnej pracy na lekcji.
Rozwiń umiejętność stawiania i testowania hipotez, odkrywania związku między prądem elektrycznym a polem magnetycznym, wyjaśniania wyników.
Edukacyjny
Stwórz warunki do wzbudzenia zainteresowania tematem, wyposażając uczniów w naukowe metody poznania, pozwalające na uzyskanie obiektywnej wiedzy o otaczającym ich świecie.
Wychowywać w zakresie konieczności przestrzegania zasad bezpiecznego użytkowania urządzeń technicznych, do bycia kompetentnym odbiorcą energii elektrycznej.
Plan lekcji:
Czas organizacyjny.
Opracowanie materiału o prądzie przemiennym (+ demo).
Badanie zasady działania alternatora.
Znajomość wyzwań związanych z transmisją prądu przemiennego.
Badanie urządzenia transformatora.
Znajomość zasad transmisji AC.
Podsumowanie lekcji
Praca domowa.
Podczas zajęć
Moment organizacyjny. Powtórzenie d / z. Motywacja:
Czy znasz jakieś fizyczne zjawisko odkryte na początku XIX wieku, które leży u podstaw całej współczesnej cywilizacji i nawet osobisty komfort każdego z nas jest bezpośrednio związany z tym zjawiskiem? Słuchaj dzieci
(To jest zjawisko EMP)
Czy istnieje związek między zjawiskiem EMP a wytwarzaniem energii elektrycznej, która trafia do każdego z naszych domów i mieszkań?
Rozmawialiśmy o tym, jak wytwarzana jest energia elektryczna w 9 klasie.
(powtórz sprawdzenie z Plikers)
Tak więc temat dzisiejszej lekcji: „Alternator. Transformator"
W dzisiejszej lekcji zajmiemy się bardziej szczegółowo fizycznymi podstawami wytwarzania energii elektrycznej i przesyłania jej do konsumentów.
Proponuję rozważyć eksperyment
cewka i magnes przy zbliżaniu i oddalaniu się,
cewka i magnes podczas ruchu prostopadłego do osi cewki
Niezależnie od otrzymanych propozycji zademonstrować występowanie prądu indukcyjnego (za pomocą programu Logger Lite).
Zwróć uwagę uczniów na odchylenia drgań w przeciwnych kierunkach.
Zadawać pytania:
- czy kierunek prądu indukcyjnego zmieniał się wraz ze zmianą strumienia magnetycznego wnikającego w obwód?
- czy można stwierdzić, że wartość modułu prądu indukcyjnego była stała?
- Czy system cewka-magnes może osiągnąć ciągłą zmianę strumienia magnetycznego?
3. Wykazanie powstawania prądu indukcyjnego podczas obrotu magnesu. Analiza wyników demonstracji krok po kroku. Użyj Logger Lite.
Z wykresu zależności wartości prądu indukcyjnego w czasie wynika, że \u200b\u200bprąd przemienny okresowo zmienia wielkość i kierunek przez czas równy czasowi pełnego obrotu ramy.
Demonstracja klipu wideo o lokalnej elektrowni wodnej.
Tabela "Alternator" + zdjęcie w podręczniku - porównaj, co nie jest jasne?
2. Objaśnienia do urządzenia:
W generatorach turbinowych wirnik (obraca się z dużą częstotliwością), dlatego jest to masywny stalowy cylinder z osiowymi rowkami, w którym znajdują się uzwojenia prądu stałego.
W hydrogeneratorach (wolnoobrotowych) wirnik jest wykonany w kształcie gwiazdy, na zewnętrznej powierzchni której wzmocnione są elektromagnesy o zmiennej polaryzacji, wzbudzane prądem stałym.
ROTOR alternatora napędzany jest przez główny napęd: turbinę parową, turbinę hydrauliczną, silnik spalinowy i turbinę wiatrową. Jego uzwojenie jest zasilane przez generator prądu stałego, który jest zwykle umieszczony na wspólnym wale z alternatorem, a czasem z prostownika, który jest podłączony do zacisków samego generatora.
Pytanie: Dlaczego w potężnych alternatorach prąd indukcyjny jest wzbudzany nie w obracającej się ramie, ale w nieruchomym uzwojeniu stojana z powodu obrotu cewki indukcyjnej.
Odpowiedź: W stojanie potężnej maszyny, na przykład dla 500 kW, wytwarzającej prąd 20 kV, prąd w uzwojeniu wynosi 25 kA. Niemożliwe jest usunięcie takiego prądu za pomocą styku ślizgowego. A wzbudnice mają małe moce, prądy magnesujące nie przekraczają setek amperów, co umożliwia ich doprowadzenie do uzwojenia wirnika za pomocą styku ślizgowego. Ponadto stojan jest łatwiejszy do schłodzenia.
Ważną cechą generatora jest częstotliwość indukowanego pola elektromagnetycznego.
$ \u003d p · n, gdzie p to liczba par biegunów, n to prędkość wirnika.
C) Zastosowanie alternatora - w różnych elektrowniach. Generatory o mocy 300-500 MW mają sprawność 99% - są to instalacje bardzo zaawansowane.
C) o elektrowniach: cieplnej, hydraulicznej, jądrowej.
Sprawność elektrociepłowni nie przekracza 40%.
HPP - straty energii są bardzo małe.
D) OGRANICZENIA:
Im większa moc generatora, tym mniej paliwa zużywa się na 1 kWh energii. Jest to opłacalne. Ale im więcej mocy, tym większe natężenie prądu, więcej ciepła i strat. Zastosowanie różnych metod chłodzenia (powietrze, woda, wodór, olej) osiągnęło już rozsądne granice - dalszy wzrost mocy doprowadzi do niekorzystnych z punktu widzenia zużycia metalu i strat energii elektrycznej wielkości bloków energetycznych.
Dlatego opracowywane są turbogeneratory nowej konstrukcji, w których stosowane są uzwojenia nadprzewodzące.
O TURBOGENERATORACH KRIOGENICZNYCH - PRZESŁANIE DO NASTĘPNEJ LEKCJI?
Tak więc, jeśli zmienia się strumień magnetyczny obwodu penetrującego, powstaje przemienny prąd indukcyjny. W tym przypadku nie ma żadnego znaczenia, czy w tym przypadku magnes będzie się poruszał względem cewki, czy cewki względem magnesu: najważniejsze jest to, że strumień magnetyczny przenikający obwód stale się zmienia.
Maszyna, w której strumień magnetyczny penetrujący obwód zmienia się w sposób ciągły okresowo i generowany jest prąd przemienny, prąd nazywany jest elektromechanicznym generatorem indukcyjnym.
Obrotowa część generatora nazywana jest wirnikiem, a część stacjonarna nazywana jest stojanem.
Generatory wytwarzające duże prądy indukcyjne wykorzystują elektromagnes jako wirnik i z reguły nie jeden, ale kilka. Pozwala to na niższą prędkość obrotową i mniejsze zużycie generatora. Standardowa częstotliwość prądu przemiennego w sieci przemysłowej i oświetleniowej Rosji wynosi 50 Hz.
Generatory wytwarzające duże prądy przemienne wprawiane są w ruch za pomocą energii mechanicznej: spadającej wody (HPP), pary (TPP, elektrownia jądrowa). Ale elektrownie znajdują się w pobliżu źródeł energii, a energia elektryczna jest przesyłana przewodami do konsumenta. Gdy prąd przepływa przez przewody, następuje ich nagrzewanie. Dlatego pewna ilość ciepła jest tracona zgodnie z prawem Joule-Lenza.
Ale przekrój drutu nie może być bardzo duży, dlatego aby przesyłać energię elektryczną do konsumenta na duże odległości, konieczne jest obniżenie wartości prądu przemiennego
Transformator.
W zmianie wartości prądu przemiennego i napięcia pomógł wynalazek w 1876 roku P.N. Transformator Jabłoczkowa.
Cel: 1 - zwiększanie i zmniejszanie napięcia przemiennego podczas przesyłania go ze źródła na duże odległości do konsumenta.
2- do zasilania różnych urządzeń i instalacji z sieci AC.
Urządzenie: samodzielna praca na modelu transformatora i na plakacie.
Zadanie: - rozważ urządzenie, szkic schematycznie, działanie transformatora na biegu jałowym (???? - dlaczego, gdy obwód wtórny jest otwarty, transformator prawie nie zużywa energii)
Dema: podnapięcie (Logger Lite).
Użyj rysunku i oznaczenia na diagramach.
13 CYTAT 13 CYTAT 1415 1415 13 CYTAT 1415
Zapraszam do oceny swojej wiedzy na temat "prąd przemienny, transformator"
Dalszy test z Plikers.
Zadanie domowe: 51 ćwiczenie 42 (1, 2)
Rysunek 5515
Załączone pliki
Lekcja na temat „Uzyskanie przemiennego prądu elektrycznego”.
Rodzaj lekcji: nauka nowego materiału.
Cele Lekcji:
Edukacyjny
Konsolidacja wiedzy na temat „Zjawisko indukcji elektromagnetycznej”.
Badanie urządzenia i zasady działania alternatora i jego zastosowania.
Rozwijam się
Rozwój zainteresowań poznawczych i zdolności intelektualnych poprzez obserwację i demonstrację eksperymentu.
Edukacyjny
Rozbudzanie zainteresowania tematem, wyposażanie studentów w naukowe metody poznania, pozwalające na uzyskanie obiektywnej wiedzy o otaczającym ich świecie.
Promowanie odpowiedzialnego stosunku do przyrody jako cechy osobowości społecznej.
Ekwipunek
Aktualne źródło (ВС - 24М);
Demonstracyjny składany transformator;
Klucz, galwanometr, oscyloskop elektroniczny, żarówki (220V, 40W; 3,5V, 0,2A)
Plakaty.
Komputer i projektor.
Podczas zajęć
Czas organizacyjny
Sprawdzenie pracy domowej.
1. Jakie zadanie postawił naukowiec M. Faraday w 1821 roku?
2. Jak rozwiązał ten problem? (Uczeń demonstruje eksperymenty)
3. Podsumujcie: w jakich warunkach we wszystkich eksperymentach pojawił się prąd indukcyjny w cewce zamkniętej na galwanometrze?
4. Na czym polega zjawisko indukcji elektromagnetycznej?
5. Jakie jest praktyczne znaczenie odkrycia zjawiska indukcji elektromagnetycznej?
6. Jak nazywają się krajowi naukowcy, którzy wnieśli wielki wkład w rozwój i tworzenie generatorów energii elektrycznej?
Zwracamy się więc do urządzenia, które umożliwia odbiór prądu elektrycznego i nazywa się generatorem.
Pomysł uzyskania prądu elektrycznego w ten sposób wpadł po raz pierwszy do Michaela Faradaya. Jego rysunki zawierają nawet rysunek pierwszego generatora.
Większość generatorów to tzw. generatory elektromechaniczne, w których przemienny prąd elektryczny jest generowany w wyniku mechanicznego ruchu ruchomej części takiego generatora.
Obecnie cała branża wykorzystuje dokładnie przemienny prąd elektryczny.
Wyjaśnia to fakt, że po pierwsze bardzo wygodnie jest uzyskać przemienny prąd elektryczny, a po drugie wygodnie jest przesyłać go na duże odległości. Dlatego prąd przemienny jest używany na całym świecie.
Na wszystkich diagramach jest oznaczony falistą linią.
Nowoczesny generator jest dość złożonym urządzeniem, ale w zasadzie składa się z dwóch części - wirnika i stojana.
Rysunek 12 - Urządzenie generujące.
Stojan jest częścią stałą. Wirnik jest ruchomy. Można powiedzieć, że stojan jest analogiem cewki o dużej liczbie zwojów. A wirnik jest magnesem, który obraca się i tworzy zmienny strumień magnetyczny w czasie, penetrując zwoje, które są w stojanie, indukuje, indukuje prąd elektryczny w tych zwojach.
Jeśli generator ma małą moc, zwykle wirnik jest wykonany z magnesu trwałego. Nadają mu określony kształt, tworzą w środku kilka oddzielnych biegunów. Ten magnes trwały, obracający się bezpośrednio wewnątrz stojana, bezpośrednio wytwarza indukcyjny prąd elektryczny. Jeśli potrzebny jest potężny generator, w tym przypadku wirnik nie jest już magnesem trwałym, ale elektromagnesem.
Oczywiście trzeba powiedzieć, że we wszystkich generatorach wirnik obraca się pod wpływem działania siły zewnętrznej. Jeśli ten generator jest zainstalowany w elektrowni wodnej, wówczas energia spadającej wody jest tam wykorzystywana. W takim przypadku wirnik obraca się z małą prędkością. Dlatego konieczne jest wykonanie wirnika o złożonym kształcie, aby wywołać dużą zmianę strumienia magnetycznego podczas obrotu wirnika i uzyskać znaczny prąd elektryczny. Na przykład dla generatora w elektrowniach cieplnych wirnik będzie się obracał z powodu napływającej pary, częstotliwość obrotów jest tam dość wysoka, aw tym przypadku liczba biegunów i kształt wirnika będą zupełnie inne.
Rysunek 13 - Urządzenie wirnika i stojana.
Jeśli mówimy o stojanie, jest to stacjonarna część generatora. Wycięte są w nim rowki. Wyobraź sobie cylinder, w którym wycinane są rowki, w tych rowkach układane jest uzwojenie stojana, w którym generowany jest indukcyjny prąd elektryczny. Tak działają alternatory.
Ogromne znaczenie ma kwestia przesyłu przemiennego prądu elektrycznego. Przenoszenie zmiennego prądu elektrycznego na duże odległości jest związane z indukcją elektromagnetyczną. Do przesyłania przemiennego prądu elektrycznego stosuje się urządzenia zwane transformatorami.Transformator- urządzenie do przetwarzania prądu i napięcia elektrycznego.Składa się z dwóch cewek, nazywane są uzwojeniami, a te dwie cewki (w rzeczywistości może być więcej cewek) są umieszczone na jednym rdzeniu.
Rysunek 14 - Wygląd transformatora.
Transformatorto urządzenie składające się z dwóch lub więcej cewek umieszczonych na wspólnym rdzeniu. Kiedy się łączymyprzemienny prąd elektrycznydo jednej z cewek powstaje w niej zmienne pole magnetyczne. Pole magnetyczne jednej cewki jest wzmacniane przez żelazny rdzeń, a jego strumień magnetyczny przenika przez zwoje drugiej cewki. W ten sposób prąd elektryczny powstanie również w drugiej cewce. Jeśli teraz zmienimy liczbę zwojów jednej cewki i drugiej cewki, to zmienią się wartości prądu elektrycznego w różnych cewkach.
Tu dzieje się najważniejsza rzecz. Chodzi o to, że gdy prąd elektryczny przepływa przez przewody, główna strata wynika z tego, że druty są podgrzewane, tj. wpływa na efekt cieplny prądu elektrycznego. Jest to główna wada przy przesyłaniu stałego prądu elektrycznego.
A jeśli mówimy o prądzie przemiennym, to dzięki transformatorowi, zmieniając zwoje w cewkach, można regulować wartość prądu elektrycznego. Jeśli zmniejszymy liczbę zwojów, możemy zmienić wartość prądu elektrycznego. Możemy to zmniejszyć, a utrata prądu elektrycznego podczas przesyłu również się zmniejszy. Dlatego transformator umożliwia zmniejszenie wartości prądu elektrycznego i zwiększenie napięcia prądu elektrycznego.
W ten sposób wygodnie jest przesyłać przemienny prąd elektryczny, transformator nazywa się podwyższaniem, gdy napięcie wzrasta. Kiedy taki prąd elektryczny dociera bezpośrednio do naszych mieszkań, to włączają inny transformator, który nazywamy transformatorem obniżającym napięcie. W tym przypadku napięcie spada do 220 W, ale prąd w obwodzie wzrasta.
Używamy tego prądu elektrycznego w urządzeniach gospodarstwa domowego. Jeśli weźmiemy pod uwagę oddzielnie każdą linię elektroenergetyczną (zwaną w skrócie liniami elektroenergetycznymi), to każda taka linia jest oddzielnie opracowywana dla konkretnej elektrowni, z której otrzymujemy prąd. Na drodze jego przesyłu instalowane są stacje transformatorowe zmieniające napięcie przemiennego prądu elektrycznego.
Zadanie
Pierścień z drutu umieszcza się w jednolitym polu magnetycznym (rys. 1).
Strzałki obok pierścienia wskazują, że w przypadkachzaibpierścień porusza się prostoliniowo wzdłuż linii indukcji magnetycznejpola,iw przypadkachpłyta CDire- obraca się wokół osi00". W którym z tych przypadków w pierścieniu może wystąpić prąd indukcyjny?
Rysunek 15
Odpowiedź:
Prąd indukcyjny w pierścieniu powstaje tylko wtedy, gdyre) , ponieważ tylko w tym przypadku zmienia się strumień magnetyczny penetrujący kontur pierścienia.
Nauka nowego materiału.
Nauczyciel demonstruje doświadczenie Faradaya, skupiając się na tym, że moduł i kierunek prądu indukcyjnego ulegają okresowym zmianom.
Demonstracja doświadczenia.
Rysunek 16 - Schemat demonstracji doświadczenia i wynikający z niego oscylogram.
Obserwując doświadczenie na przebiegu napięcia, uczniowie powinni podejśćna zakończenie: natężenie (napięcie) prądu w sieci oświetleniowej zmienia się w czasie zgodnie z prawem harmonicznych (czyli zgodnie z prawem sinus lub cosinus). Nauczyciel uzupełnia wniosek o informację, że standardowa częstotliwość prądu używana w sieci i przemyśle oświetleniowym w Rosji i większości krajów świata wynosi 50 Hz.
Nauczyciel demonstruje model alternatora (obrót drucianej ramy w polu magnetycznym). Nauczyciel zwraca uwagę uczniów na to, że w generatorze energia mechaniczna jest zamieniana na energię elektryczną.
4 . Wyjaśnienie plakatem urządzenia nowoczesnego elektromechanicznego generatora indukcyjnego i przeznaczenie jego głównych elementów.
Rysunek 17 - Urządzenie nowoczesnego elektromechanicznego generatora indukcyjnego.
Pytanie do klasy : Jak obraca się wirnik generatora w elektrowni wodnej, w elektrociepłowni?
Odpowiedzi uczniów są omawiane i określane.
Uzyskaj odpowiedź:
W elektrowniach wodnych - przez przepływ spadającej wody;
Na ciepło - para o wysokim ciśnieniu i temperaturze.
5. Nauczyciel demonstruje działający model elektrowni.
Zawartość demonstracyjna:
Koło pasowe turbiny wodnej łączymy za pomocą paska gumowego z kołem pasowym generatora. Zamykamy generator na żarówkę niskonapięciową 3,5 V. Wodę dostarczamy z kranu do turbiny. Obroty turbiny przekazywane są do generatora. Obserwujemy blask żarówki.
Uczniowie powinni dojść do wniosku: że energia mechaniczna wody (pary) jest zamieniana na energię mechaniczną wirnika, która z kolei jest zamieniana na energię elektryczną!
6. Na ekranie wyświetlane są zdjęcia przedsiębiorstw przemysłowych.
Konsolidacja wiedzy zdobytej na lekcji.
1) Pytania:
Jaki prąd elektryczny nazywa się przemiennym?ODjakie proste doświadczenie możesz zdobyć?
Gdzie jest używany przemienny prąd elektryczny?
Na jakim zjawisku opiera się dziś działanie najbardziej rozpowszechnionych alternatorów?
Opowiedz nam o urządzeniu i zasadzie działania generatora przemysłowego.
Co napędza wirnik generatora w elektrociepłowni? w elektrowni wodnej?
Jaka jest standardowa częstotliwość prądu przemysłowego używanego w Rosji i wielu innych krajach?
2) Rozwiązanie problemu:
Volzhskaya HPP W I. Lenin został zbudowany w latach 1950-1957, ma wysokość podnoszenia 30 m (różnica wysokości między górnym a dolnym biegiem) i moc elektryczną 2300 MW.
Oszacuj zużycie wody na sekundę.
Biorąc pod uwagę: Rozwiązanie:
V \u003d 1 m3
1) Ep \u003d m g h m \u003d ρ V Ep \u003d ρ V g h ≈ 300103 J
2) P \u003d W \u003d n Ep
Liczba metrów sześciennych spadających z tamy co sekundę
Odpowiedź: Ep \u003d 300 kJ, ≈
ρ \u003d 103 kg / m3
P. \u003d 2,3 109 W.
E p -? n \u003d \u003d?
Zreasumowanie.
Nauczyciel podsumowuje lekcję, wystawia oceny uczniom, komentuje każdą odpowiedź i ocenę.
Praca domowa:
Główny materiał § 50. Ćwiczenie. 40 (2), s. 168.
Materiał dodatkowy: przygotuj raporty na temat „Elektrociepłownie Togliatti” oraz „Problemy środowiskowe związane z eksploatacją elektrowni cieplnych i wodnych”.
Sekcje: Fizyka
Rodzaj lekcji - tworzenie nowej wiedzy.
Ekwipunek:
- tabela „Zasada działania alternatora”,
- klip wideo „AC versus DC”,
- model alternatora.
Cel lekcji:
- zbadać urządzenie i zasadę działania alternatora, definicję prądu przemiennego, parametry charakteryzujące prąd (amplituda, okres, częstotliwość, faza), uformować umiejętność wyznaczania parametrów prądu przemiennego z wykorzystaniem metody analityczno-graficznej metoda;
- rozwinąć umiejętność analizowania i klasyfikowania otrzymanych informacji, korzystania z podręczników.
Podczas zajęć
1. Czas organizacyjny.
2. Aktualizacja podstawowej wiedzy. (Slajdy 1, 2)
1. Przewodnik znajduje się w polu elektrycznym. Jak poruszają się w nim darmowe ładunki elektryczne?
A. Oscylacja
B. Chaotyczny
B. Uporządkowany
2. Jaki jest dopuszczalny kierunek przepływu prądu elektrycznego?
A. Kierunek uporządkowanego ruchu cząstek naładowanych dodatnio.
B. Kierunek uporządkowanego ruchu ujemnie naładowanych cząstek.
C. Nie można udzielić jednoznacznej odpowiedzi.
3. Jaka jest rola źródła prądu w obwodzie elektrycznym?
A. Generuje naładowane cząstki.
B. Tworzy i utrzymuje różnicę potencjałów w obwodzie elektrycznym.
B. Oddziela ładunki dodatnie i ujemne.
4. W przewodniku nie ma pola elektrycznego. Jak poruszają się w nim darmowe ładunki elektryczne?
A. Wykonaj ruch oscylacyjny.
B. Chaotyczny.
B. Uporządkowany.
5. Jakie siły powodują separację ładunku w obecnym źródle?
A. Siły odpychające Coulomba.
B. Siły zewnętrzne (nieelektryczne).
C. Siły odpychające Coulomba i siły zewnętrzne (nieelektryczne).
3. Przekazanie celu i planu lekcji.
Powtórzyliśmy materiał dotyczący stałego prądu elektrycznego, a teraz będziemy badać przemienny prąd elektryczny. (Slajdy 3.4)
wiedzieć:
- wykrywanie prądu AC
- parametry AC (amplituda, okres, częstotliwość, faza)
- metoda uzyskiwania prądu przemiennego
umieć:
- określić parametry prądu przemiennego
- wykreśl zgodnie z tabelą i przeczytaj wykres prądu przemiennego
4. Nauka nowego materiału.
Do końca XIX wieku stosowano wyłącznie źródła prądu stałego - pierwiastki chemiczne i generatory. Ograniczało to możliwość przesyłania energii elektrycznej na duże odległości. Problem został rozwiązany przy użyciu prądu przemiennego i transformatorów.
(Slajdy 5,6)
Prąd przemienny Jest prądem, którego zmiana wielkości i kierunku powtarza się okresowo w regularnych odstępach czasu i który charakteryzuje się amplituda, okres, częstotliwość, faza.
Amplituda- maksymalna wartość wielkości fizycznej (oznaczona dużymi literami z indeksem m: Im, Um, Em
Kropka - czas, w którym prąd przemienny wykonuje pełny cykl swoich zmian. T - okres, s.
CzęstotliwośćTo liczba okresów na sekundę. f - częstotliwość, Hz.
f \u003d 50Hz - przemysłowa częstotliwość prądu przemiennego w Rosji.
To interesujące. (Slajd 7).
(Raport studenta dotyczący wyboru częstotliwości przemysłowej w innych krajach).
Rozważmy przykłady parametrów AC. (Slajd 8)
| Wielkości fizyczne | Wartości amplitudy | Rzeczywiste wartości | Wartości chwilowe |
| Aktualna siła, A | Im - aktualny | Id \u003d | i \u003d Im sin (t + 0), i \u003d 5sin (2f t + 0) \u003d 5sin (250t + 0) \u003d 5sin (100t + 0, A |
| Napięcie, V. | Um - napięcie | Uд \u003d | U \u003d Umsin (t + 0) \u003d 50t + 0) \u003d 380 (100 t + 0), V |
| EMF, V | m - E DS | d \u003d d \u003d | \u003d sin (t + 0) \u003d 12sin (250t + 0) \u003d 12 (100t + 0), V |
Odbieranie (generowanie) prądu przemiennego.
(Slajdy 9, 10)
Zaszczyt tworzenia alternatorów, które zrewolucjonizowały elektrotechnikę, należy do Serba N. Tesli i rosyjskiego inżyniera M.O. Dolivo-Dobrovolsky.
Działanie alternatora oparte jest na zjawisku indukcji elektromagnetycznej (EMI).
Urządzenie alternatora. (Slajd 11)
- Uzwojenie stojana z dużą liczbą zwojów umieszczonych w jego szczelinach. Indukuje się w nim pole elektromagnetyczne.
- Rama, wewnątrz której znajduje się stojan i wirnik.
- Wirnik (wirująca część generatora) wytwarza pole magnetyczne z maszyny elektrycznej prądu stałego.
- Stojan składa się z oddzielnych płyt, aby zmniejszyć nagrzewanie się prądów wirowych. Płyty wykonane są ze stali elektrotechnicznej.
- Płyta zaciskowa na ramie w celu odprężenia.
Przy równomiernym obrocie wirnika w uzwojeniach stojana indukowana jest EMF:
e \u003d E sin t \u003d BSN sin 2nt,
gdzie e \u003d BSN to maksymalna wartość pola elektromagnetycznego; n to liczba obrotów wirnika na sekundę; N to liczba zwojów uzwojenia stojana.
Generowane napięcie w generatorach przemysłowych wynosi V.
Kiedy rama obraca się w polu magnetycznym, zmienia się strumień magnetyczny. W ramie indukowana jest zmienna indukcyjna siła elektromagnetyczna. Jeśli obwód jest zamknięty, powstaje prąd indukcyjny, który w sposób ciągły zmienia wartość bezwzględną, a przez 1/2 T - w kierunku.
Wymuszone oscylacje elektryczne, które powstały w obwodach pod działaniem napięcia, są przeprowadzane zgodnie z prawem sinusoidalnym u \u003d sint lub u \u003d koszt. ...
Alternator . Generator prądu - urządzenie, które przekształca energię mechaniczną w energię elektryczną.Główne części generatora:
- Induktor to urządzenie, które tworzy MP. Kotwica to uzwojenie, w którym indukowane jest pole elektromagnetyczne. Pierścienie ze szczotkami to urządzenie, które usuwa prąd indukcyjny z obracających się części lub dostarcza prąd zasilający za pomocą elektromagnesu.
Transformator.
Transformatory zostały po raz pierwszy użyte w 1878 roku przez rosyjskiego naukowca P.N. Jabłoczkowa do zasilania wymyślonych przez niego „świec elektrycznych” - wówczas nowego źródła światła. Pomysł P.N. Yablochkova została opracowana przez pracownika Uniwersytetu Moskiewskiego I.F. Usagin, który zaprojektował ulepszony transformator. (Demonstracja składanego uniwersalnego transformatora). Za pomocą składanego uniwersalnego transformatora rozważamy urządzenie transformatorowe.Transformator składa się z zamkniętego rdzenia, na który nałożone są dwie (czasem więcej) cewki z uzwojeniami drutu. Jedno z uzwojeń, zwane pierwotnym, jest podłączone do przemiennego źródła napięcia. Drugie uzwojenie, do którego podłączone jest „obciążenie”, czyli urządzenia i urządzenia pobierające energię elektryczną, nazywa się wtórnym.Naszkicuj w zeszycie schemat transformatora, jego symbol (tablet)
Działanie transformatora oparte jest na zjawisku indukcji elektromagnetycznej. Gdy prąd przemienny przepływa przez uzwojenie pierwotne, w rdzeniu pojawia się przemienny strumień magnetyczny, który wzbudza indukcyjne pole elektromagnetyczne w każdym uzwojeniu. Stalowy rdzeń transformatora koncentruje pole magnetyczne tak, że strumień magnetyczny istnieje tylko wewnątrz rdzenia i jest taki sam we wszystkich jego sekcjach.W pierwotnym uzwojeniun 1 zwojów, całkowita EMF indukcji e 1 jest równa n 1 e. W uzwojeniu wtórnym całkowita EMF e 2
równa sięn 2
e, dlatego Zwykle aktywny opór uzwojeń transformatora jest mały i można go pominąć. W tym przypadku moduł napięciowy na zaciskach cewki jest w przybliżeniu równy indukcyjnej EMF, co oznacza:, Chwilowe wartości pola elektromagnetycznego e 1
i e 2
zmiana fazy (jednocześnie osiąga maksimum i jednocześnie przechodzi przez zero). Dlatego stosunek może być zastąpiony: 
Ilość k zwany współczynnikiem transformacji. Gdy k \u003e 1, - transformator - obniżanie. Dla k
Wniosek dotyczący celu transformatora
- Najważniejszym zastosowaniem transformatora jest przesyłanie energii elektrycznej na duże odległości. Transformator znajduje świetne praktyczne zastosowanie w spawaniu elektrycznym. Powstanie dwóch przeciwnych strumieni magnetycznych w rdzeniu w pełni obciążonego transformatora stanowi podstawę nowoczesnego domowego dzwonka elektrycznego. W inżynierii radiowej do redukcji napięcia (transformatory mocy).
Pytanie:
1. Jaki prąd elektryczny nazywamy przemiennym?
1) Prąd elektryczny, zmieniający się okresowo w czasie pod względem wielkości i kierunku
2) Prąd elektryczny, zmieniający się okresowo w czasie
3) Prąd elektryczny zmieniający się okresowo w wartości bezwzględnej
4) Prąd elektryczny, okresowo zmieniający się w czasie w kierunku
2. Gdzie jest używany zmienny prąd elektryczny?
1) w domach. 2) apartamenty. 3) w produkcji. 4) w samochodach.
5) rowery.
3. Dlaczego alternatory nazywane są indukcyjnymi?
1) ich działanie opiera się na zjawisku prądu elektrycznego
2) ich działanie opiera się na działaniu magnetycznym
3) ich działanie opiera się na zjawisku indukcji elektromagnetycznej
4) ich działanie opiera się na zjawisku magnesu trwałego:
4. Z czego składa się elektromechaniczny generator indukcyjny?
1) generator. 2) łóżko. 3) stojan.
4) wirnik. 5) półpierścienie. 6) szczotki.
5. Jaka część generatora indukcyjnego jest ruchoma?
1) stojan. 2) wirnik. 3) szczotki. 4) uzwojenie.
6. Która część generatora indukcyjnego jest nieruchoma?
1) uzwojenie. 2) wirnik. 3) stojan.
7. Jak obraca się wirnik generatora w elektrowniach cieplnych?
1) woda. 2) para ze spalonego paliwa. 3) benzyna. 4) nafta.
8. Co napędza wirnik generatora w elektrowni wodnej?
1) prom. 2) woda. 3) nafta. 4) młot kowalski.
9. Jaka jest standardowa częstotliwość AC?
1) 65 Hz. 2) 55 Hz. 3) 40 Hz. 4) 50 Hz. 5) 70 Hz.
10. Jakie są elementy transformatora?
1) rdzeń. 2) rdzeń. 3) uzwojenie pierwotne.
4) uzwojenie wtórne. 5) nawijanie drutu.
11. Do czego służy transformator?
1) Transformator jest przeznaczony do zwiększania lub zmniejszania napięcia i prądu przemiennego
2) Transformator jest przeznaczony do zwiększania lub zmniejszania napięcia AC
3) Transformator jest przeznaczony do zwiększania lub zmniejszania prądu
4) Transformator jest przeznaczony do redukcji napięcia i prądu przemiennego
5) Transformator jest przeznaczony do zwiększania napięcia i prądu
12. Ile jest typów transformatorów?
1) 1. 2) 2. 3) 3. 4) 4. 5) 5.
13. Do którego uzwojenia transformatora podłączony jest przemienny prąd elektryczny?
1) do podstawowego. 2) do szkoły średniej. 3) na pierwotne i wtórne.
14. Jakie prawa fizyczne można wykorzystać do określenia strat energii elektrycznej w liniach przesyłowych?
1) Prawo Joule'a. 2) Prawo Joule-Lenza. 3) Prawo Lenza.
4) Prawo Pascala. 5) Prawo Newtona.
15. Kto wynalazł transformator?
1) Lebedev. 2) Timiryazev. 3) Jabłka. 4) Pascal.
