Цели урока:
Обучающие:
Развивающая: Развитие логического мышления, профессиональной лексики.
Воспитывающая : Воспитывать самосознание и настойчивость в овладении профессией.
Оборудование:
Тип урока: комбинированный, время проведения 40 минут.
Основные этапы урока:Ход урока
Здравствуйте ребята, сегодня тема нашего урока «Генерирование электрической энергии. Генератор переменного тока».
Эта тема созвучна с вашей профессией, вы будите изучать ее на уроках спецтехнологии, электротехники, на классном часе «Вы будущие энергетики» мы встречались со специалистами Сургутских ГРЭС, вы успешно прошли производственную практику, и многое уже знаете. Поэтому я рассчитываю на вашу помощь, заинтересованность. Надеюсь, что сегодня вы узнаете много нового и полезного.
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.
У меня на столе всем известные источники тока: батарейка, фотоэлемент, модель индукционного генератора. Область применения каждого из перечисленных видов 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.
Преобладающую роль в наше время играют электромеханические
индукционные генераторы постоянного и переменного тока.
Практически они дают всю используемую энергию. Какие они имеют достоинства, преимущества и недостатки, нам предстоит выяснить сегодня на уроке.
Так как мы сегодня изучаем генераторы переменного тока, давайте вспомним:
Вопрос : Что такое переменный ток?
Ответ: Переменный ток можно рассматривать как вынужденное колебательное движение свободных электронов или вынужденные электромагнитные колебания силы тока и напряжения, меняющееся со временем по гармоническому закону.
Переменный ток имеет преимущество перед постоянным, потому что напряжение и силу тока можно в очень широких пределах преобразовать (трансформировать) почти без потерь, а такие преобразования необходимы во многих электро- и радиотехнических устройствах. Но особенно большая необходимость трансформации напряжения и тока возникает при передаче электроэнергии на большие расстояния. Электрическая энергия обладает преимуществом перед всеми другими видами энергии: ее можно передавать по проводам на огромные расстояния со сравнительно малыми потерями и удобно распределять между потребителями. Главное же в том, что эту энергию с помощью достаточно простых устройств легко превратить в другие формы: механическую, тепловую, световую и т.д.
(2 слайд) Запишите в тетради преимущества переменного тока.
В современной энергетике применяются индукционные генераторы переменного тока, действие которых основано на явлении электромагнитной индукции.
Вопрос : Вспомните, что такое электромагнитная индукция, и кто открыл это явление?
Ответ: Майкл Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, которое заключается в возникновении индукционного тока под действием переменного магнитного поля.
(3 слайд) 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).
(4 слайд)
Электрический ток вырабатывается в генераторах - Откройте учебник на странице 106 рисунок 97. Давайте вместе назовем и запишем в тетради, как устроен генератор, его основные части.
Что обозначено цифрой 1,2,3,4,5,6,7?
Ротор, вращающаяся часть генератора, создает магнитное поле от электромашины постоянного тока.
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 ЭДС.
Один из сердечников (обычно внутренний) вращается вокруг вертикальной или горизонтальной оси – называется ротором. Неподвижный сердечник с его обмоткой называют – статором.
Обратите внимание, в данной модели генератора вращается проволочная рамка, которая является ротором, магнитное поле создает неподвижный, постоянный магнит. При движении проводника его свободные заряды движутся вместе с ним. Поэтому на заряды со стороны магнитного поля действует сила Лоренца. ЭДС индукции, следовательно, имеет магнитное происхождение.
На многих электростанциях земного шара именно сила Лоренца вызывает появление тока. ε = ε m sin ωt
В больших промышленных генераторах вращается именно электромагнит, который является ротором. Обмотки, в которых наводится ЭДС, вложены в пазах статора – появление ЭДС в неподвижных обмотках статора объясняется возникновением в них вихревого электрического поля, порожденного изменением магнитного потока при вращении ротора.
Из закона электромагнитной индукции следует: ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.
Какова же должна быть скорость изменения магнитного потока, скорость вращения ротора, если в некоторых установках применяются токи в несколько килогерц и даже мегагерц? Для примера, попробуйте рассчитать скорость вращения ротора для стандартной частоты промышленного тока.
Чтобы ответить на данный вопрос, вспомните:
Вопрос :Чему равна частота промышленного тока?
Ответ: Стандартная частота промышленного переменного тока равна 50 Гц во многих странах мира, в США частота равна 60Гц, это означает, что на протяжении 1 с. ток 50 раз течет в одну сторону и 50 раз в противоположную.
Тогда сколько колебаний будет происходить в 1 минуту?
Умножим на 60 сек. получается 3000 об/мин. Такая скорость нереальна и чтобы уменьшить скорость вращения, используют многополюсный магнит.
Частота наводимой ЭДС определяется формулой ν = p*n,
где р – число пар полюсов индуктора, n – частота вращения ротора.
Так, роторы генераторов Угличской ГЭС на Волге имеют 48 пар полюсов, и скорость их вращения уменьшается, становится 62,5 об/мин.
Мы живем в 21 веке и основой цивилизованного образа жизни, следовательно, и научно-технического прогресса, является энергия, которой требуется все больше и больше. Казалось бы, вырабатывайте ее сколько угодно, пока есть полезные ископаемые, есть машины, вырабатывающие эту энергию. 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 сентябре этого года, мы все с вами были свидетелями образования торнадо над водохранилищем ГРЭС -2 в городе Сургуте.
Вопрос : Кто сможет объяснить это явление?
Ответ: Над поверхностью водохранилища образовался теплый воздушный фронт, в то время когда температура и давление окружающего воздуха были сравнительно низкими. Встреча, этих двух потоков и привела к образованию смерча.
Важнейшими направлениями экологизации научно-технического процесса, должны стать – внедрение ресурсосберегающих и безотходных технологий; переход к чистым и неисчерпаемым источникам энергии.
Уже разрабатываются, так называемые топливные элементы, в которых энергия освобождается в результате реакции водорода с кислородом, получили широкое применение МГД – генераторы. Строят электростанции разного типа, геотермальные, ветряные, солнечные и т.д.
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.
Вопрос : Генератор переменного тока имеет на роторе 6 пар полюсов. Какой должна быть частота вращения ротора, чтобы генератор вырабатывал ток стандартной частоты?
Ответ: (500 об/мин)
А сейчас проверим, на сколько, вы усвоили данный материал. У вас на столах лежат тестовые задания по теме нашего урока и карточка, в которую вы заносите правильный ответ. Кто ответит правильно на 6 вопросов, получит «5», на 4-5 вопросов, оценку - «4», за 3 правильных ответа получит «3».
Сегодня на уроке, мы с вами разобрали принцип действия генератора, этого внушительного сооружения из проводов, изоляционных материалов, стальных конструкций. Не перестаю удивляться, как при таких 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. А теперь постарайтесь ответить на вопрос, поставленный в начале урока.
Какие достоинства и недостатки у генератора переменного тока?
О трехфазном генераторе вы узнаете на уроках электротехники, а к следующему уроку попрошу вас приготовить сообщение о новых, современных типах генераторов.
Цель урока : сформировать у учащихся представление о преимуществе электрической энергии перед другими видами энергий, познакомить с устройствами производящими электрический ток.
Ход урока
Анализ контрольной работы
Изучение нового материала (эвристическая беседа)
1. Какими преимуществами обладает электрическая энергия?
А) Ее можно передавать на большие расстояния с малыми потерями.
Б) Ее удобно распределять между потребителями.
В) Ее легко превратить в другие виды энергий: тепловую, механическую, световую..
2. Какими, преимуществами обладает переменный ток перед постоянным током?
А) Легко изменять силу тока и напряжение почти без потерь и в широких пределах.
3. На каких устройствах вырабатывается электрическая энергия?
А) Машина для создания электрического тока называется Генератором.
Б) К генераторам относятся – солнечные батареи, термобатареи, гальванические элементы, аккумуляторы, электростатические машины.
4. Какие генераторы самые распространенные в наше время?
А) Индукционные электромеханические генераторы переменного тока. Они имеют простое устройство; позволяют получать большие токи при высоком напряжении.
5. Превращение, какого вида энергии происходит при работе данного типа генератора?
А) Механическая энергия превращается в электрическую энергию.
6. Принцип действия генератора
А) Хотя типов генераторов много, но основные части у них одинаковые: постоянный магнит или электромагнит, для создания магнитного поля; , 
Обмотка, в которой наводится переменная ЭДС (зависит от числа витков).
Для увеличения магнитного потока используют магнитную систему из двух сердечников (изготавливают из электротехнической стали). В одном сердечнике размещают обмотки, создающие магнитное поле, в другом – обмотки для получения ЭДС индукции.
Сердечник, вращающийся вдоль горизонтальной либо вертикальной оси, называют Ротором.
Неподвижный сердечник вместе с его обмоткой называют статором.
Между сердечниками существует зазор, чтобы обеспечить максимальный поток магнитной индукции, зазор должен быть как можно меньше.
На верхнем рисунке модели генератора – ротором является проволочная рамка, а неподвижный постоянный магнит – Статором.
Можно поступить наоборот: заставить вращаться магнит – он тогда будет ротором, а обмотку уложить в пазы неподвижного сердечника – это будет статор.
Для производства генераторов используют оба принципа.
Так для промышленных генераторов делают вращающимся электромагнит (ротор), а обмотка неподвижная – это статор. Генерируемый ток проще снимать с неподвижных обмоток, через скользящие контакты поводят ток к вращающемуся электромагниту (этот ток слабый).
В генераторах с небольшой мощностью постоянный магнит создает вращающееся магнитное поле.
ЭДС индукции появляется в обмотках статора из-за вихревого электрического поля, которое порождается меняющимся магнитным потоком, возникающим при вращении ротора.
На нижнем рисунке мы видим современный генератор, для получения электрической энергии.
Его размеры достаточно большие, в тоже время отдельные части должны быть изготовлены с точностью до десятых долей миллиметра.
Закрепление изученного материала
1. Какие преимущества имеет электрическая энергия перед другими видами энергий?
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.
Электрические 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.
Как 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.
Простейшую 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.
Разделы: Физика
Тип урока – формирование новых знаний.
Оборудование:
Цель урока:
1. Проводник находится в электрическом поле. Как движутся в нём свободные электрические заряды?
А. Совершают колебательное движение
Б. Хаотично
В. Упорядоченно
2. Что принято за направление электрического тока?
А. Направление упорядоченного движения
положительно заряженных частиц.
Б. Направление упорядоченного движения
отрицательно заряженных частиц.
В. Определённого ответа дать нельзя.
3. Какова роль источника тока в электрической цепи?
А. Порождает заряженные частицы.
Б. Создаёт и поддерживает разность потенциалов в
электрической цепи.
В. Разделяет положительные и отрицательные
заряды.
4. В проводнике отсутствуют электрическое поле. Как движутся в нём свободные электрические заряды?
А. Совершают колебательное движение.
Б. Хаотично.
В. Упорядоченно.
5. Какие силы вызывают разделение зарядов в источнике тока?
А. Кулоновские силы отталкивания.
Б. Сторонние (неэлектрические) силы.
В. Кулоновские силы отталкивания и сторонние
(неэлектрические) силы.
Мы повторили материал о постоянном электрическом токе, а теперь изучим переменный электрический ток. (Слайды 3,4)
знать:
уметь:
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)
| Физические величины | Амплитудные значения | Действующие значения | Мгновенные значения |
| Сила тока, А | Im – тока | Iд= | i= Im sin(t+0), i= 5sin (2f t + 0) =5sin(250t+ 0)= 5sin(100t+ 0, А |
| Напряжение, В | Um – напряжения | Uд= | U=Umsin (t+0) =50t+ 0) = 380(100 t + 0),В |
| ЭДС, В | m – Э ДС | д =д = | =
sin(t+0)= 12sin(250t + 0) =12(100 t+ 0), В |
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. .
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.
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».
