Конспект урока трансформатор производство и передача электроэнергии

Обновлено: 03.07.2024

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Физика, 8класс

Тема: Трансформатор. Производство и передача электроэнергии

Цель : Изучить устройство и принцип действия трансформатора.

Ознакомить со способом производства и передачи электроэнергии.

Развивать заинтересованность в научных исследованиях и открытиях ; умение обобщать и делать выводы.

Оборудование : набор трансформаторов разной конструкции, компьютер, презентация, ИД.

Организационный момент.

Проверка домашнего задания

Что такое переменный ток? В чем отличие от постоянного? (слайд 1)

Что называют амплитудным значением напряжения, силы тока в сети переменного тока? 220 В – какое напряжение?

Что называют действующим значением напряжения, силы тока? (слайд 2)

Задача урока: Выяснить, как электричество попадает в нашу квартиру, если электростанции находятся иногда в сотнях и даже тысячах километров от дома?

План изучения темы:

Способы понижения потерь электроэнергии при передаче.

Мотивация учебной деятельности.

Важным свойством переменного электрического тока является то, что напряжение и силу тока можно изменять (трансформировать). Такие превращения важны для передачи электроэнергии на большие расстояния с минимальными затратами. Как эффективно решить проблему передачи электроэнергии на большие расстояния мы и рассмотрим на данном уроке (слайд 3)

Изучение нового материала

Способы понижения потерь электроэнергии при передаче.

На основании формул Q = I 2 Rt и R =ρ l / S предложите способы уменьшения потерь электроэнергии на нагрев проводов при передаче на большие расстояния(слайд 4).

Вывод: Уменьшить потери электроэнергии возможно только при уменьшении силы тока, а следовательно, чтобы мощность электростанции не изменилась P = IU , необходимо во столько же раз увеличить напряжение (слайд 5).

2) Трансформатор.

Уменьшить силу тока на ЛЭП, а значит увеличить напряжение, удалось при помощи трансформатора (слайд 6,7)

Опишем трансформатор и запишем таблицу в тетрадь(слайд 8,9) .

Состоит из сердечника замкнутой формы, на который намотаны две обмотки: первичная и вторичная. Первичная присоединяется к источнику тока. Ко вторичной – подсоединяется нагрузка.

Обозначение в электрической схеме

основан на явлении электромагнитной индукции. Переменный ток в первичной катушке создает в стальном сердечнике переменное магнитное поле, которое создает индукционный ток во вторичной катушке.

К - коэффициент трансформации

К ˃1 – трансформатор повышающий

К ˂1 – трансформатор понижающий

При передаче электроэнергии, в сварочном аппарате, в радиотехнических устройствах ….. (заполнить самостоятельно)

3) Передача электроэнергии

Налицо преимущества передачи электроэнергии при высоком напряжении. Этого можно достичь, применяя в линиях электропередачи (ЛЭП) трансформаторы, которые повышали бы напряжение перед тем, как ток поступает в ЛЭП, и снижали бы ее на входе к потребителю (слайд 10). На электростанциях Крыма генераторы вырабатывают переменный ток напряжением 20кВ и частотой 50Гц. Поэтому повышение напряжения происходит на трансформаторной подстанции с помощью трансформаторов, которые повышают его до 220…500 кВ.

С другой стороны, прежде чем подать электроэнергию потребителям, напряжение понижается с помощью понижающих трансформаторов. В наши квартиры электричество подается при напряжении 220 В.

Крупнейшие электростанции России:

ГЭС – Саяно-Шушенская ГЭС (Хакасия). Установленная мощность - 6400 МВт.

ТЭЦ – Сургутская ГРЭС-2. Полезная мощность 5597 МВт.

Симферопольская ТЭС – установленная мощность 470 МВт (слайд 11).

Закрепление нового материала

1. Трансформаторы предназначены…

А) для получения переменного тока.

Б) для преобразования переменного тока.

В) для превращения постоянного тока в переменный.

Г) для превращения переменного тока в постоянный.

2. Коэффициент трансформации больше 1. Это значит, что такой трансформатор является…

А) повышающим. Б) понижающим.

3. Потери электроэнергии при передаче на большие расстояния связаны, в первую очередь с тем, что …

А) преобразующие электроэнергию трансформаторы обладают низким КПД.

Б) слишком велика мощность передаваемого по проводам тока.

В) значительную часть энергии приходится тратить на работу обслуживающих сеть систем.

Г) электрический ток нагревает провода линий электропередач.

4. Для сохранения передаваемой мощности, при повышении напряжения в линии передачи электроэнергии требуется ___?_____ силу тока.

В) оставить прежней.

5. Для чего около электростанций устанавливают повышающий напряжение трансформатор?

Трансформатор понижает напряжение с 240 до 120 В. Определите число витков во вторичной катушке, если первичная катушка содержит 80 витков.

Трансформатор повышает напряжение с 5В до 20 В? Какой приблизительно будет сила тока во вторичной обмотке, если по первичной протекает ток 0,5А?

Учитель подводит итог урока, оценивает деятельность учащихся.

Домашнее задание

Прочитать теоретический материал по учебнику §26

Ответить на вопросы с.117

Выполнить творческое задание.

Материально-техническое обеспечение: учебник и задачник Генденштейн 8 класс, презентация, компьютер, проектор, трансформатор, модель генератора.

Приложение: слайды презентации к данному конспекту

Используемая литература:

Физика. 8 класс. В 2 ч. Ч. 1: учебник для общеобразовательных организаций / Л.Э. Генденштейн, А. Б. Кайдалов; под ред. В. А. Орлова, И. И. Ройзена. – 9-е изд., стер. – М.: Мнемозина, 2015. – 272с.: ил.

Физика. 8 класс. В 2 ч. Ч. 2: задачник для общеобразовательных организаций / Л.Э. Генденштейн, Л.А. Кирик, И.М. Гельфгат; под ред. Л.Э. Генденштейна. – 9-е изд., стер. – М.: Мнемозина, 2015. – 191 с.: ил.

Физика. 9 кл.: учебник / А.В. Перышкин, Е.М. Гутник. – М.: Дрофа, 2014. – 319, [1] с.: ил.

Образовательные:

Продолжить формирование знаний обучающихся о явлении электромагнитной индукции посредством изучения устройства и принципа работы трансформатора;

Познакомить со способом передачи электроэнергии;

Развивающие:

Создавать условия для развития умения обучающихся четко и точно излагать свои мысли путем задаваемых им вопросов в ходе урока;

Развивать интерес учеников к изучаемой теме и к предмету в целом посредством использования на уроке интерактивного материала

Развитие навыков решения практических задач различных видов (графические и текстовые).

Воспитательные:

Продолжить формирование научного мировоззрения обучающихся на основе изучения новой темы политехнического характера;

Воспитание внимательности, аккуратности посредством соблюдения дисциплины и контроля деятельности учеников;

Воспитание идейно-патриотических чувств у обучающихся на основе соответствующих фактов.

План урока

Организационный момент (2 мин)

Запись домашнего задания (2 мин)

Актуализация знаний (7 мин)

Объяснение нового материала (15 мин)

Закрепление знаний (12 мин)

Рефлексия (2 мин)

Организационный момент

Учитель: здравствуйте, ребята. Кто сегодня отсутствует? Отметим.

Запись домашнего задания

Учитель: открываем дневники и на следующий урок записываем:

§ 21, пункты 3, 4 + записи. Что мы узнали стр. 161. Знать пункты 6, 7, 8. Повторить все итоги параграфа. Задачник 21.37, 21.38

Все записали? Хорошо, переходим непосредственно к уроку.

Актуализация знаний

Учитель: что такое индукционный генератор тока?

Ученик: устройство, которое преобразует механическую энергию в электрическую.

Учитель: на каком явлении основано его действие?

Ученик: его действие основано на явлении электромагнитной индукции.

Учитель: какие основные части генератора?

Ученик: Ротор – вращающаяся часть – магнит

Статор – неподвижная часть – рамка с током

Учитель: какой ток вырабатывается генератором?

Ученик: переменный

Учитель: а какой ток называется переменным?

Ученик: переменный ток – это ток, у которого сила и направление периодически изменяются. График – синусоида.

Учитель: напомним себе, что на прошлом уроке мы также познакомились и изучили характеристики переменного тока. Повторим и их. Период – это?

Ученик: периодом называется время, за которое сила тока меняет свое значение от 0 до максимального и обратно до 0. [с]

Учитель: частота – это? И ток какой частоты вырабатывается на всех электростанциях России?

Ученик: частота — это величина, обратная периоду. [Гц = 1/сек]. 50 Гц

Учитель: какие типы электростанций вы знаете?

Ученик: тепловые, атомные, ветренные, солнечные, гидроэлектростанции

Объяснение нового материала

Учитель: как производят электроэнергию, с помощью каких устройств, мы с вами уже изучили и повторили. Сегодня же на уроке узнаем, как электроэнергия передается от электростанции к потребителю.

Записываем тему в тетрадь

Учитель: ребята, теперь переходим к вопросу о передаче электроэнергии от электростанции к месту ее потребления. Напряжение, вырабатываемое генератором на электростанции, обычно не превышает 12 киловольт. А ток какого напряжения подается в квартиры потребителям?

Ученик: 220 В.

Учитель: а вот ток, который идет по линиям электропередач от электростанции к потребителю, имеет напряжение сотни тысяч вольт.

Получается, что электроэнергию передают под высоким напряжением. Это позволяет многократно уменьшить тепловые потери в линиях электропередачи. Давайте разберемся, почему.

Учитель: что происходит с проводником, когда по нему идет ток?

Ученик: греется.

Учитель: вспомним, что в проводнике сопротивлением R за время t протекания по нему тока I выделяется количество теплоты Q. Это формулировка какого закона?

Ученик: закон Джоуля - Ленца.

Учитель: записываем формулу в тетрадь: Q = I 2 Rt

Нам нужно уменьшить Q. t изменить не можем. Следовательно, нужно уменьшать сопротивление и силу тока. Записываем: I↓ R↓= Q↓

Вспомним формулу сопротивления: R = p*l/S. Записываем в тетрадь.

l уменьшить нельзя, так как нельзя уменьшить расстояния между населенными пунктами, городами.

S увеличить нельзя, иначе будут слишком тяжелые провода и большие затраты на материалы.

Значит, нужно уменьшать удельное сопротивление. Записываем: 𝝆↓= R↓

Поэтому провода изготавливают из алюминия или меди (материалы с маленьким удельным сопротивлением).

Учитель: как мы сказали, нужно уменьшить силу тока в линиях электропередачи, но как это сделать, чтобы передаваемая мощность не изменилась? Давайте вспомним формулу для мощности.

Ученик: P = UI. Записываем

Теперь запишем: P₁ = P₂, U₁I₁ = U₂ I₂

Значит, чтобы уменьшить силу тока, сохранив мощность, нужно повысить напряжение. I↓ = U↑. Записываем в тетрадь.

Итак, запишем в тетрадь: Трансформаторы – это устройства, с помощью которых повышают или понижают напряжение переменного тока.

Их действие основано на явлении электромагнитной индукции.

Учитель: напомним себе, в чем заключается это явление?

Ученик: явление возникновения индукционного тока в замкнутом контуре при изменении числа магнитных линий через поверхность, ограниченную этим контуром.

Учитель: трансформатор состоит из двух катушек с разным числом витков, намотанных на один сердечник (увеличивает магнитное поле)

Запишем в тетрадь: Устройство: 2 катушки с разным числом витков на одном сердечнике.

Одна катушка - первичная -число витков n1– на нее подается входное напряжение U1

Другая катушка – вторичная - число витков n2 – на ее концах выходное напряжение U2

Запишем в тетрадь и перенесем в нее рисунок со слайда:

Первичная катушка - число витков n1 – входное напряжение U1

Вторичная катушка - число витков n2 – выходное напряжение U2

Если n2 n1 или U2 U1, то трансформатор повышающий

Если n2n1 или U2 U1, то трансформатор понижающий

Запишем это в тетрадь

Опыты и расчеты показывают, что отношение выходного напряжения к входному равно отношению числа витков вторичной катушки N2 к числу витков первичной катушки N1

U2/U1 = n2/n1

Повышающие трансформаторы установлены от электростанции на ЛЭП, а понижающие – от ЛЭП на потребителя.

Запишем формулу в тетрадь

Учитель: первым применил трансформаторы для преобразования напряжения переменного тока русский электротехник военный инженер, изобретатель и предприниматель Павел Николаевич Яблочков (1847 - 1894).

Учитель: посмотрим на рисунок, на котором представлена схема этапов передачи электроэнергии от электростанции до потребителя. На электростанции вырабатывается электроэнергия напряжением 12 кВ, далее на подстанции трансформатор повышает его до 400 кВ, затем электроэнергия подается на ЛЭП. Далее обратный процесс. Понижающий трансформатор на подстанции уменьшает напряжение сначала до 12 кВ, затем в трансформаторных будках оно снижается еще до 220 В и электроэнергия уже подается потребителю.

Закрепление знаний

Учитель: итак, давайте еще раз пройдемся по основным моментам сегодняшней темы и закрепим наши знания.

Учитель: для чего в ЛЭП уменьшают силу тока?

Ученик: чтобы уменьшить потери электроэнергии за счет ДЖОУЛЕВА ТЕПЛА (нагрева проводов)

Учитель: каким образом можно уменьшить силу тока, не изменяя мощность?

Ученик: увеличить напряжение

Учитель: что такое трансформаторы?

Ученик: трансформаторы – это устройства, с помощью которых повышают или понижают напряжение переменного тока

Ученик: если n2 n1 или U2 U1, то трансформатор повышающий, если n2n1 или U2 U1, то трансформатор понижающий

Учитель: где используется каждый вид трансформатора?

Ученик: повышающие трансформаторы установлены от электростанции на ЛЭП, а понижающие – от ЛЭП на потребителя.

Учитель: в каких приборах используются трансформаторы?

Ученик: телевизоры, радиоприемник, блок питания для телефона

Одна задача будет на доске, одну решаете самостоятельно, а третью решим вместе и тоже у доски.

Задачник: 21.2, 21.30, 21.36

21.29 (решает ученик у доски, на которой изображен график)

По графику, изображенному на рисунке, определите период и частоту переменного тока.

21.30 (ученики решают самостоятельно, затем проверяем вместе)

По графику, изображенному на рисунке, определите период и частоту переменного тока.

21.36 (решаем вместе с учеником у доски)

В первичной обмотке трансформатора 200 витков, а во вторичной – 25 витков. Повышает или понижает напряжение этот трансформатор? Во сколько раз? Найти входное напряжение трансформатора, если выходное напряжение 220 В.

Учитель: ребята, сегодня мы отлично поработали, изучили новую тему, закрепили и отработали знания по ранее изученному материалу. Спасибо. Урок окончен. До свидания.

Повторить, расширить и систематизировать знания о переменном электрическом токе, способах его получения, преобразования и передачи на расстояния.

Совершенствование интеллектуальных способностей и мыслительных умений учащихся.

Воспитание внимания и трудолюбия, политехническое воспитание.

Уметь: внимательно слушать, рассуждать, анализировать, решать задачи.

Тип урока: Комбинированный.

Оборудование: Проектор, индивидуальный раздаточный материал.

Организационный момент:

Сегодня на занятии мы повторим всё о переменном электрическом токе, расширим знания о способах получения, преобразования и передачи его на расстояния.

Но прежде повторим материал прошлых занятий.

Фронтальный устный опрос:

Что называется переменным электрическим током? Как изменяется сила тока и напряжения?

Какова частота переменного тока в РК? Что это обозначает?

Какая машина вырабатывает переменный электрический ток?

Рассказать о генераторе переменного тока.

Какой прибор называется трансформатором?

Как устроен и работает трансформатор?

Рассказать о коэффициенте трансформации.

Как вычислить КПД трансформатора?

По какому закону меняется магнитный поток в сердечнике трансформатора? Что он вызывает?

Фронтальный письменный опрос:

Заполнить таблицу: соотнеси физические величины, их обозначения и единицы измерения.

Каждый получает карточку с таблицей, которую нужно заполнить.

Полное название Обозначение

Решение задач:

Решим задачи на применение физических величин, использованных в таблице:

1) Дано: 2) Дано:

Ф = 0,01 Sin 100πt U₁ = 120B

ε(t), ε-?, T,V-? N₁ = 200

3) Дано:

η-?

V. Изучение нового материала:

Для чего нужен переменный ток?

Основной потребитель электрической энергии – промышленность. С каждым годом необходимо производить все больше электроэнергии.

Вы должны быть внимательны, по окончании презентации вам нужно будет ответить на вопросы.

VI. Закрепление материала:

В чем преимущества переменного тока перед другими видами энергии?

Основные типы электростанций?

Какая энергия превращается на этих станциях в электрическую?

Что такое альтернативные источники энергии?

Как происходит передача электроэнергии на расстояния?

Каким способом уменьшают потери электрической энергии на линии передачи?

Самая крупная электростанция в РК и её мощность.

Письменное решение задач по выбору:

Каждый получает карточку с пятью разноуровневыми задачами. Из них решают любые задачи, исходя из своих возможностей. Оценка за работу при верном решении будет равна сумме номеров задач, делено на 2.

Например: (№1+№2+№3):2 = 3.

R=3

2) Дано:

N₁ = 840

4) Дано:

VIII. Домашнее задание:

IX. Итоги урока. Оценки за урок.

-80%

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.

Правило Ленца: индукционный ток всегда направлен так, чтобы противодействовать причине, его вызывающей.

Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея).

Какова бы ни была причина изменения магнитного потока, охватываемого замкнутым проводящим контуром, возникающая в контуре Э.Д.С. индукции определяется формулой:

Первичной обмоткой называется та, на которую подается исходное напряжение от какого-либо источника переменного тока. Вторичная обмотка – обмотка, которая служит источником питания для потребителя. Обычно первичную обмотку обозначают индексом 1, а вторичную – индексом 2.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

Обязательная литература:

Александров, А. П. Атомная энергетика и научно-технический прогресс / А.П. Александров. - М.: Наука, 2015. - 272 c.
Арутюнян, А. А. Основы энергосбережения / А.А. Арутюнян. - М.: Энергосервис, 2016. - 600 c.
Демидов, В. И. Тепла Вам и света / В.И. Демидов. - М.: Лицей, 2009. - 254 c.

Дополнительные источники:

Теоретический материал для самостоятельного изучения

В современном мире трудно представить себе даже несколько минут без электричества. Многие жизненно важные приборы, а также бытовая техника потребляют электроэнергию. Проблема передачи электроэнергии на различные расстояния: от маленьких деревень до многомиллионных городов до сих пор остается актуальной. Как это осуществить с минимальными потерями и наиболее эффективно?

Развитие цивилизации и научно-технический прогресс, связанный с использованием двигателей, потребовал решения не только задач производства энергии, но также задачи передачи энергии на расстояние. С давних пор известно два способа передачи топлива для двигателей: транспортный и более экономичный – трубопроводный, применяемые до сих пор. Но самый эффективный способ – по проводам. Французский физик М. Депре построил первую линию электропередачи в 1880 г. Однако, и этот способ не позволяет избежать потерь, связанных с нагревом подводящих проводов.

При простейшем способе передачи, когда источник электроэнергии (электрогенератор) связан проводами с потребителем, процесс передачи можно изобразить схемой, приведенной на Рис. 1

Обозначая полезную потребляемую мощность (мощность на нагрузке) через Wн, а паразитную мощность, идущую на нагревание проводов через Wп, получим для них выражения:

Из этих формул видно, что отношение мощностей равно отношению сопротивлений.

Чтобы уменьшить потери сопротивление подводящих проводов стараются сделать как можно меньше. Провода делают из хорошо проводящего материала – в основном из алюминия или меди и достаточно толстыми.

Уменьшить потери энергии в проводах по сравнению с энергией, которую нужно передать, можно, если уменьшить ток, текущий в проводах, по сравнению с током, который течет в приборах потребителя. Сделать это позволяет трансформатор, принцип действия которого основан на взаимопреобразовании электрического и магнитного полей. Трансформатор, история применения которого насчитывает почти полтора века, все это время служит человечеству верой и правдой. Его назначение — преобразование напряжения переменного тока. Это одно из немногих устройств, КПД которого может достигать почти 100%.

Самый простой трансформатор — это сердечник из ферромагнитного материала с большой магнитной проницаемостью (например, из электротехнической стали) и две намотанных на него обмотки (рис. 2). При пропускании через первичную обмотку переменного тока силой I₁ в сердечнике возникает меняющийся магнитный поток Ф, которым пронизывается как первичная, так и вторичная обмотка.

В каждом из витков этих обмоток находится одинаковая по численному значению ЭДС индукции. Таким образом, отношения ЭДС в обмотках и витков в них одинаковы. На холостом ходу (I₂ = 0) напряжения на обмотках практически равны ЭДС индукции в них, следовательно, для напряжений также выполняется соотношение:

N₁ и N₂ — число витков в обмотках.

Отношение U₁ / U₂ называют еще коэффициентом трансформации (k). Если U₁ U₂ — понижающим (рис 2). У первого трансформатора коэффициент трансформации больше, а у второго — меньше единицы. Поскольку КПД трансформатора близок к 100%, мощность в цепи первичной обмотки приблизительно равна мощности в цепи вторичной обмотки:

Следовательно, ток во вторичной обмотке меньше, чем ток в цепи потребителя. Так как потери на нагрев проводов в линии электропередачи пропорциональны , уменьшение тока в проводах линии электропередачи позволяет уменьшить потери энергии.

Один и тот же трансформатор, в зависимости от того к которой обмотке прикладывается, а с какой снимается напряжение, может быть как повышающим, так и понижающим.

Читайте также: