конспект урока по физике на тему: " Производство, передача и потребление электрической энергии. Трансформатор".

Производство, передача и потребление электрической энергии. Трансформатор.

Задачи урока

1. Сформировать знания учащихся о физических основах производства, передачи и использования электрической энергии.

2. Развивать: коммуникативные, толерантные качества учащихся, операции логического мышления (анализ, синтез, сравнение) при изучении данной темы. Показать связь науки с техникой.

3. Воспитывать: чувство патриотизма и любви к Родине на основе изучаемого материала (рассказать о истории развития электроэнергетики в России, в Оренбургской области); экологическую грамотность учащихся (при рассмотрении экологических проблем в электроэнергетики).

Тип урока: урок освоения знаний на основе имеющихся.

1. Электроэнергия – основа существования современной цивилизации.

Преимущества электроэнергии перед другими видами энергии заключается в том, что её можно передавать по проводам на большие расстояния, распределять между потребителями, можно превращать в любые виды энергии.

2. Глобальная проблема, которую решают учёные и инженеры, найти получение дешёвой электроэнергии.

2. Год принятия плана ГОЭЛРО сокр. от Госуда́рственная комиссия по электрифика́ции Росси́и  – 1920 год.  [1]

В 1920 году под руководством Г.М.Кржижановского был разработан план электрификации России, план ГОЭЛРО. Он был первым председателем Госплана.

План ГОЭЛРО был первым перспективным планом восстановления и развития народного хозяйства Советской республики на основе электрификации страны

1. Число районных электростанций намеченных планом к постройке – 30.
2. Тепловых станций – 20.
3. Гидроэлектростанций – 10.
4. Уровень производства электроэнергии в стране в 1920 году (ТВтч) – 0,5.
5. Уровень производства электроэнергии в 1931 году –10,7 ТВтч.
6. Уровень производства электроэнергии в 1935 году – 26,3 ТВтч.

3. План ГОЭЛРО, рассчитанный на 10-15 лет, т.е. до 1931-1935 года, в основном был выполнен уже в 1931 году. В 1935 году было построено 40 электростанций.

6. Преимущества эл.энергии.

1. Можно передавать по проводам.
2. Можно трансформировать (ui).
3. Легко превращается в другие виды энергии.
4. Легко получается из других видов энергии.

7. Производство электроэнергии.

Типы электростанций:

• ТЭС (тепловая) электростанция, преобразующая энергию топлива в электрическую энергию.

Источники энергии ТЭС – уголь, мазут, сланцы

• ГЭС (гидроэлектрическая станция) - электрическая станция, преобразующая энергию воды в электрическую

Источник энергии ГЭС – потенциальная энергия воды

• ГРЭС (государственная районная электростанция) - тепловая электростанция, вырабатывающая только электрическую энергию.
• КЭС (конденсационная электростанция) - тепловая электрическая станция, оборудованная паровыми турбинами по конденсационному циклу).
• ТЭЦ (теплоэлектроцентраль) - тепловая электрическая станция с комбинированным производством электроэнергии и тепла.
• АЭС (атомная электростанция) - электрическая станция, преобразующая энергию деления ядер атомов в электрическую энергию и тепло.
• СЭС (солнечная электростанция) – электрическая станция, преобразующая энергию солнечного излучения в электрическую энергию (опыт с солнечной батареей).
• ПЭС (приливная электростанция) - гидроэлектростанция, преобразующая энергию морских приливов в электрическую энергию.
• ВЭС (ветроэлектростанция) - ветроэлектрическая установка, преобразующая кинетическую энергию ветра в электрическую энергию.
• Геотермальные станции (1000°C-2000°C).

8. Передача электроэнергии.

а) Линии переменного тока.

Большая часть энергии передаётся по линиям электропередач переменного тока.

ЛЭП переменного тока обладают весьма важным преимуществом: в любом месте линии понижающий трансформатор, присоединенный к линии, передает энергию потребителям.

Недостатки линий переменного тока: наличие индуктивного сопротивления линии, которое связано с явлением электромагнитной индукции. Индуктивное сопротивление значительно ухудшает передачу электроэнергии в линии, т. к. приводит к уменьшению напряжения на пути от источника к потребителю. Индуктивность линии вызывает сдвиг по фазе между колебаниями тока и напряжения. Для уменьшения индуктивного сопротивления применяют различные методы: а) например, включают в линию батареи конденсаторы; б) расщепление одного провода на несколько, что приводит к уменьшению индуктивного сопротивления линии.

Б) Электроэнергия может передаваться и по линиям электропередач постоянного тока.

ЛЭП постоянного тока обладает преимуществами по сравнению с линиями переменного тока. Прежде всего, при прохождении постоянного тока нет индуктивного сопротивления. Кроме того, меньшая металлоемкость проводов (используется два провода вместо трех в линиях трехфазного тока); меньше потерь на коронный разряд, отсюда и меньшие радиопомехи. Наконец, главное — использование постоянного тока в линиях электропередач позволяет необычайно повысить устойчивость энергосистемы, которая в случае переменного тока требует строгой синхронности, постоянства частоты всех генераторов, входящих в общую систему. Для постоянного тока такой проблемы нет.

Напряжение линии передачи постоянного тока Волжская ГЭС (г. Волгоград) - Донбасс составляет 800 кВ, ее протяженность равна 437 км. КПД такой линии достигает 94%.

Что такое трансформатор, из чего состоит и как работает

Трансформатор - это главнейший элемент всей энергосистемы, который позволяет преобразовывать напряжение и за счет этого передавать энергию на значительное расстояние.

Трансформатор – это статическое электромагнитное изделие, предназначенное для трансформирования переменного электрического тока одного напряжения и частоты в электрический ток другого напряжения и той же частоты.

Функционирование абсолютно любого трансформатора базируется на таком явлении, как электромагнитная индукция (Электромагни́тная инду́кция — явление возникновения электрического тока, электрического поля или электрической поляризации при изменении во времени магнитного поля или при движении материальной среды в магнитном поле).

Область использования трансформаторов очень широка. Так, например, они принимают непосредственное участие при транспортировке электричества на значительные дистанции.

Генераторы (Генера́тор (лат. generator «производитель») — устройство, производящее какие-либо продукты, вырабатывающее электроэнергию или преобразующее один вид энергии в другой)  вырабатывают напряжение довольно низкое от 10 до 18 киловольт, которое невозможно передать на значительные расстояния (без значительных потерь на нагрев проводников). Поэтому рядом с генерирующими мощностями и устанавливают повышающие трансформаторы, которые увеличивают напряжение до 110 кВ, 220 кВ, 500 кВ, 750 кВ и даже 1150 кВ и уже такое напряжение вполне возможно передавать при минимальных потерях на значительные расстояния.

Трансформатор - это главнейший элемент всей энергосистемы, который позволяет преобразовывать напряжение и за счет этого передавать энергию на значительное расстояние. В этой статье я расскажу, как устроен трансформатор и каким образом он работает.

Как работает трансформатор

Трансформаторы бывают как однофазного исполнения, так и многофазные с одной и более обмоток. Для понимания каким образом он работает, давайте рассмотрим самый простой вариант, а именно однофазный трансформатор.

Трансформатор выполнен из следующих деталей: металлический сердечник и две обмотки, которые гальванически развязаны.

Обмотка, именуемая первичной, подсоединяется к источнику переменного тока, а вторая обмотка (именуемая вторичной) подсоединяется непосредственно к нагрузке.

В подсоединенной к генератору первичной обмотке протекает ток I1, этот процесс порождает поток Ф, оный проходя через обмотки, и формирует ЭДС.

В случае если ко вторичке не подсоединена нагрузка, то подобный режим функционирования трансформатора именуется как режим холостого хода. Если же потребитель подключен, то во вторичной обмотке начинает течь ток I2, формирующийся под воздействием наведенной ЭДС

Причем величина ЭДС имеет прямую связь с количеством витков в обмотках.

Кроме силовых трансформаторов так же распространены трансформаторы тока, трансформаторы напряжения и импульсные трансформаторы.

Таким образом, изменяя количество витков в обмотках трансформатора, происходит регулирование напряжения для потребителя на вторичной обмотке.

 Решение задач

Задача 1. Сколько витков должна иметь вторичная обмотка трансформатора, чтобы повысить напряжение с 220 до 11000В, если в первичной обмотке 20 витков? Каков коэффициент трансформации?

Задача 2. Под каким напряжением находится первичная обмотка трансформатора, имеющая 1000 витков, если во вторичной обмотке 3500 витков и напряжение 105В?

Задача 3. Мощность, потребляемая трансформатором, 90 Вт. Какой ток получили во вторичной обмотке при напряжении 12 В, если КПД трансформатора 75%?

Задача 4. Первичная обмотка понижающего трансформатора включена в сеть напряжением 220 В. Напряжение на зажимах вторичной обмотки 20В, ее сопротивление 1 Ом, сила тока 2А. Определите коэффициент трансформации и КПД трансформатора.

= 1/(1+2*1/20) = 0,91 = 91%

Задача 5. Первичная обмотка понижающего трансформатора с коэффициентом трансформации к = 10 включена в сеть переменного тока с напряжением U₁ = 120 В.Сопротивление вторичной обмотки R₂ = 1,2 Ом, ток в ней  I₂ = 5А. Найти напряжение на нагрузке трансформатора и сопротивление нагрузки. Найти число витков во Вторичной обмотке, если первичная обмотка содержит 10000 витков. Чему равен кпд этого трансформатора.

Домашнее задание : § 46, стр. 225 упр. 2,3.