Ciele lekcie:
Návody:
vyvíja sa: Rozvoj logického myslenia, odbornej slovnej zásoby.
pestovanie : Pestovať sebauvedomenie a vytrvalosť pri zvládaní profesie.
Vybavenie:
Typ lekcie: spojené, doba výdrže 40 minút.
Hlavné fázy lekcie:Počas vyučovania
Ahojte chlapci, dnes je témou našej lekcie „Výroba elektrickej energie. Alternátor".
Táto téma je v súlade s vašou profesiou, budete ju študovať na hodinách špeciálnej techniky, elektrotechniky, triedna hodina„Ste budúci energetici“ stretli sme sa so špecialistami zo štátnej okresnej elektrárne Surgut, úspešne ste absolvovali prax a už veľa viete. Preto sa spolieham na vašu pomoc a záujem. Dúfam, že sa dnes dozviete veľa nových a užitočných vecí.
Predtým, než budeme hovoriť o výrobe elektrického prúdu, pripomeňme si:
Otázka: Čo sa nazýva elektrický prúd?
odpoveď: Elektrický prúd je usporiadaný pohyb nabitých častíc.
Otázka: Aké zdroje prúdu poznáte?
odpoveď: Akumulátory, batérie atď.
Na stole mám známe zdroje prúdu: batériu, fotočlánok, model indukčného generátora. Rozsah každého z uvedených typov je určený ich charakteristikami. Poďme zistiť, aké sú ich výhody a nevýhody a dajú sa použiť všade?
Zdroje chemického prúdu: galvanické prvky; akumulátorové batérie; ortuťová batéria používaná v hodinkách, kalkulačkách a načúvacích prístrojoch dáva 1,4 V; tradičná baterka, dáva 4,5 V. (demo)
Výhody - kompaktnosť, možnosť využitia ako autonómneho zdroja energie.
Nevýhody - nízka spotreba energie, vysoké náklady na energiu, krehkosť, problém likvidácie odpadu.
Termoprvky, fotobunky, solárne panely(ukážka)
Výhody - bezstrojový spôsob výroby energie.
Nevýhody - nízka účinnosť, závislosť od poveternostných podmienok.
Prevládajúcu úlohu v našej dobe zohráva elektromechanická
indukčné generátory jednosmerného a striedavého prúdu.
V skutočnosti poskytujú všetku spotrebovanú energiu. Aké majú výhody, výhody a nevýhody, musíme dnes zistiť v lekcii.
Keďže dnes študujeme alternátory, pripomeňme si:
Otázka: Čo je to striedavý prúd?
odpoveď: Striedavý prúd možno považovať za vynútený kmitavý pohyb voľných elektrónov alebo vynútené elektromagnetické kmitanie prúdu a napätia, ktoré sa mení s časom podľa harmonického zákona.
Striedavý prúd má výhodu oproti jednosmernému prúdu, pretože napätie a prúd možno takmer bez strát premieňať (transformovať) vo veľmi širokom rozsahu a takéto premeny sú nevyhnutné v mnohých elektrických a rádiotechnických zariadeniach. Ale obzvlášť veľká potreba transformácie napätia a prúdu vzniká pri prenose elektriny na veľké vzdialenosti. Elektrická energia má v porovnaní so všetkými ostatnými druhmi energie výhodu: môže sa prenášať na veľké vzdialenosti vodičmi s relatívne nízkymi stratami a vhodne distribuovať medzi spotrebiteľov. Hlavná vec je, že túto energiu možno ľahko premeniť na iné formy pomocou pomerne jednoduchých zariadení: mechanické, tepelné, svetelné atď.
(2 snímky) Zapíšte si výhody striedavého prúdu do zošita.
V modernej energetike sa používajú indukčné alternátory, ktorých činnosť je založená na fenoméne elektromagnetickej indukcie.
Otázka: Pamätáte si, čo je elektromagnetická indukcia a kto objavil tento jav?
odpoveď: Michael Faraday objavil fenomén elektromagnetickej indukcie, ktorý spočíva vo výskyte indukčného prúdu pod vplyvom striedavého magnetického poľa.
(3 snímky) Po objavení tohto javu sa mnohí skeptici, ktorí pochybujú, pýtali: "Na čo to slúži?"
Na čo Faraday odpovedal: „Na čo môže byť novorodenec dobrý?
Prešlo niečo viac ako polstoročie a ako povedal americký fyzik R. Feynman, „neužitočný novorodenec sa zmenil na zázračného hrdinu a zmenil tvár Zeme tak, ako si to jeho hrdý otec ani nevedel predstaviť.“
A tento hrdina, ktorý zmenil tvár Zeme, je generátor.
Generátor je zariadenie, ktoré premieňa určitú formu energie na elektrickú energiu. (definíciu si zapíšte do zošita).
(4 snímky)
Elektrický prúd vzniká v generátoroch - Otvor si učebnicu na strane 106 Obrázok 97. Zavolajme si a zapíšme si do zošita, ako generátor funguje, jeho hlavné časti.
Čo označuje číslo 1,2,3,4,5,6,7?
Rotor, rotujúca časť generátora, vytvára magnetické pole z jednosmerného elektrického stroja.
V súčasnosti existujú rôzne modifikácie indukčných generátorov. Všetky sa však skladajú z rovnakých častí - je to magnet alebo elektromagnet, ktorý vytvára magnetické pole, a vinutie, v ktorom je indukované EMF.
Jedno z jadier (zvyčajne vnútorné) sa otáča okolo zvislej alebo vodorovnej osi – tzv rotor. Pevné jadro s vinutím sa nazýva − stator.
Upozorňujeme, že v tomto modeli generátora sa drôtený rám, ktorý je rotorom, otáča, magnetické pole vytvára pevný, permanentný magnet. Keď sa vodič pohybuje, jeho voľné náboje sa pohybujú s ním. Preto na poplatky zo strany magnetické pole pôsobí Lorentzova sila. EMF indukcia má teda magnetický pôvod.
V mnohých elektrárňach po celom svete je to Lorentzova sila, ktorá spôsobuje výskyt prúdu.ε = εm sin ωt
Vo veľkých priemyselných generátoroch sa otáča elektromagnet, čo je rotor. Vinutia, v ktorých je indukovaný EMF, sú vložené do statorových štrbín - vzhľad EMF v stacionárnych statorových vinutiach sa vysvetľuje výskytom víru v nich. elektrické pole, generovaný zmenou magnetického toku počas otáčania rotora.
Zo zákona elektromagnetickej indukcie vyplýva: Indukčné emf v uzavretej slučke sa v absolútnej hodnote rovná rýchlosti zmeny magnetického toku cez povrch ohraničený slučkou.
Aká by mala byť rýchlosť zmeny magnetického toku, rýchlosť otáčania rotora, ak sa v niektorých inštaláciách používajú prúdy niekoľko kilohertzov a dokonca megahertzov? Skúste napríklad vypočítať rýchlosť rotora pre štandardnú priemyselnú frekvenciu prúdu.
Ak chcete odpovedať na túto otázku, nezabudnite:
Otázka: Aká je frekvencia priemyselného prúdu?
odpoveď:Štandardná priemyselná frekvencia striedavého prúdu je v mnohých krajinách sveta 50Hz, v USA je frekvencia 60Hz, čo znamená, že na 1s. prúd tečie 50-krát v jednom smere a 50-krát v opačnom smere.
Koľko kmitov potom nastane za 1 minútu?
Vynásobte 60 s. ukazuje sa 3000 otáčok za minútu. Takáto rýchlosť je nereálna a na zníženie rýchlosti otáčania sa používa viacpólový magnet.
Frekvencia indukovaného EMF je určená vzorcom ν =p*n,
kde p je počet párov pólov induktora, n je rýchlosť rotora.
Rotory generátorov Uglich HPP na Volge teda majú 48 párov pólov a rýchlosť ich rotácie klesá na 62,5 ot./min.
Žijeme v 21. storočí a základom civilizovaného spôsobu života, a teda aj vedecko-technického pokroku, je energia, ktorá si vyžaduje čoraz viac. Zdalo by sa, že si jej môžete vyrobiť koľko chcete, pokiaľ existujú minerály, existujú stroje, ktoré túto energiu vyrábajú. Tu však nastáva problém.
Tento problém možno nazvať – problém „troch E»: Energia + Ekonomika + Ekológia. Pre rýchly rozvoj hospodárstva, to chce stále viac a viac energie, zvýšenie produkcie energie - vedie k zhoršeniu ekológia, spôsobí veľká škodaživotné prostredie.
Koniec koncov, energetika je jedným z najviac znečisťujúcich odvetví národného hospodárstva. Nerozumným prístupom dochádza k narušeniu normálneho fungovania všetkých zložiek biosféry (vzduchu, vody, pôdy, živočíchov a flóry) a vo výnimočných prípadoch, ako je Černobyľ, je ohrozený aj samotný život. Hlavný by preto mal byť prístup z environmentálneho hľadiska, ktorý zohľadňuje záujmy nielen súčasnosti, ale aj budúcnosti.
Tepelné elektrárne sú medzitým jedným z hlavných znečisťovateľov ovzdušia pevnými časticami popola, oxidmi síry a dusíka, ako aj oxid uhličitý prispievanie k „skleníkového efektu“. Nad mestami sa vytvárajú takzvané tepelné ostrovy, v dôsledku ktorých sa zvýšeným uvoľňovaním energie narúša normálny priebeh atmosférických procesov. V septembri tohto roku sme boli všetci svedkami vzniku tornáda nad nádržou GRES-2 v meste Surgut.
Otázka: Kto môže vysvetliť tento jav?
odpoveď: Nad hladinou zdrže sa vytvoril teplý vzdušný front v čase relatívne nízkej teploty a tlaku okolitého vzduchu. Stretnutie týchto dvoch prúdov viedlo k vytvoreniu tornáda.
Najdôležitejšími oblasťami ekologizácie vedecko-technického procesu by mali byť - zavádzanie technológií šetriacich zdroje a bezodpadových technológií; prechod na čisté a nevyčerpateľné zdroje energie.
Vyvíjajú sa už takzvané palivové články, v ktorých sa energia uvoľňuje v dôsledku reakcie vodíka s kyslíkom a široko používané sú generátory MHD. Stavajú elektrárne rôznych typov, geotermálne, veterné, solárne atď.
Bez ohľadu na typ elektrární, hlavným zariadením v ktorejkoľvek z nich je generátor.
Otázka Otázka: Čo je generátor?
odpoveď: Generátor je zariadenie, ktoré premieňa určitú formu energie na elektrickú energiu.
Otázka: Pomenujte hlavné časti generátora.
odpoveď: Rotor, stator.
Otázka: Lampióny na ceste sú osamelé.
Desať hertzov je frekvencia striedavého prúdu.
Kto mi odpovie jasne, bez tieňa rozpakov:
Používa sa tento prúd na osvetlenie?
odpoveď: nie .
Otázka: Alternátor má na rotore 6 párov pólov. Aká by mala byť rýchlosť otáčania rotora, aby generátor produkoval prúd štandardnej frekvencie?
odpoveď:(500 ot./min.)
A teraz sa pozrime, ako veľmi ste tento materiál zvládli. Na vašich stoloch sú testové úlohy na tému našej hodiny a kartička, do ktorej zadáte správnu odpoveď. Kto správne odpovie na 6 otázok, dostane "5", za 4-5 otázok známku - "4", za 3 správne odpovede získa "3".
Dnes v lekcii sme analyzovali princíp fungovania generátora, tejto pôsobivej konštrukcie vyrobenej z drôtov, izolačných materiálov, oceľových konštrukcií. Neprestávam žasnúť ako obrovská veľkosť niekoľko metrov, najdôležitejšie časti generátorov sú vyrábané s milimetrovou presnosťou. Nikde v prírode neexistuje taká kombinácia pohyblivých častí, ktorá by dokázala generovať elektrickú energiu tak nepretržite a ekonomicky. Teraz skúste odpovedať na otázku položenú na začiatku lekcie.
Aké sú výhody a nevýhody alternátora?
O trojfázovom generátore sa dozviete na hodinách elektrotechniky a na ďalšiu hodinu vás požiadam, aby ste si pripravili správu o nových, moderných typoch generátorov.
Účel lekcie: vytvoriť u študentov predstavu o výhode elektrická energia pred inými druhmi energií, zaviesť zariadenia, ktoré produkujú elektriny.
Počas vyučovania
Analýza kontrolnej práce
Učenie sa nového materiálu (heuristická konverzácia)
1. Aké sú výhody elektrickej energie?
A) Môže sa prenášať na veľké vzdialenosti s malými stratami.
B) Je vhodné ho distribuovať medzi spotrebiteľov.
C) Je ľahké ju premeniť na iné druhy energie: tepelnú, mechanickú, svetelnú ..
2. Aké sú výhody striedavého prúdu oproti jednosmernému?
A) Je ľahké meniť prúd a napätie takmer bez straty a v širokých medziach.
3. Aké zariadenia vyrábajú elektrickú energiu?
A) Stroj na výrobu elektrického prúdu sa nazýva Generátor.
b) Medzi generátory patria solárne panely, termobatérie, galvanické články, akumulátory, elektrostatické stroje.
4. Aké sú najbežnejšie generátory v našej dobe?
A) Indukčné elektromechanické alternátory. Majú jednoduché zariadenie; umožňujú vysoké prúdy pri vysokých napätiach.
5. Transformácia, aký druh energie vzniká pri prevádzke tohto typu generátora?
A) Mechanická energia sa premieňa na elektrickú energiu.
6. Princíp činnosti generátora
A) Hoci existuje veľa typov generátorov, ich hlavné časti sú rovnaké: permanentný magnet alebo elektromagnet na vytvorenie magnetického poľa; , 
Vinutie, v ktorom je indukované premenlivé EMF (v závislosti od počtu závitov).
Na zvýšenie magnetického toku sa používa magnetický systém dvoch jadier (vyrobený z elektroocele). V jednom jadre sú umiestnené vinutia, ktoré vytvárajú magnetické pole, v druhom - vinutia na získanie indukcie EMF.
Jadro rotujúce pozdĺž horizontálnej alebo vertikálnej osi sa nazýva Rotor.
Pevné jadro spolu s jeho vinutím je tzv stator.
Medzi jadrami je medzera, aby sa zabezpečil maximálny tok magnetickej indukcie, medzera by mala byť čo najmenšia.
Na hornom obrázku modelu generátora je rotor drôtený rám a pevný permanentný magnet je stator.
Môžete to urobiť naopak: nechajte magnet otáčať - potom to bude rotor a vložte vinutie do drážok pevného jadra - to bude stator.
Na výrobu generátorov sa využívajú oba princípy.
Takže pre priemyselné generátory je elektromagnet (rotor) vyrobený tak, aby sa otáčal, a stacionárne vinutie je stator. Z pevných vinutí je jednoduchšie odstrániť generovaný prúd, cez posuvné kontakty sa prúd privádza do rotujúceho elektromagnetu (tento prúd je slabý).
V generátoroch s nízkym výkonom vytvára permanentný magnet rotujúce magnetické pole.
Indukcia EMF sa objavuje vo vinutiach statora v dôsledku vírivého elektrického poľa, ktoré je generované meniacim sa magnetickým tokom, ku ktorému dochádza pri otáčaní rotora.
Na spodnom obrázku vidíme moderný generátor na výrobu elektrickej energie.
Jeho rozmery sú pomerne veľké, zároveň sa jednotlivé diely musia vyrábať s presnosťou na desatiny milimetra.
Konsolidácia študovaného materiálu
1. Aké sú výhody elektrickej energie oproti iným druhom energie?
zoznámte sa so zariadením princíp fungovania, hlavné režimy prevádzky generátora jednosmerného prúdu s nezávislým budením;
získať praktické zručnosti pri spúšťaní, prevádzke a zastavovaní generátora jednosmerného prúdu;
experimentálne potvrdiť teoretické informácie o charakteristikách jednosmerného generátora.
Jednosmerné elektrické stroje môžu pracovať v režime generátora aj v režime motora, t.j. majú vlastnosť reverzibilnosti.
DC generátor - je to elektrické stroj určený na premenu mechanickej energie na elektrickú energiu s jednosmerným prúdom.
DC motor- elektrický stroj určený na premenu jednosmernej elektrickej energie na mechanickú energiu.
Celkový pohľad na jednosmerný elektrický stroj je znázornený na obr. jeden.
Ako každý iný elektrický stroj, aj jednosmerný stroj pozostáva z pevnej časti - stator a otočná časť - rotor 1, vykonávajúci funkciu kotvy, pretože EMF sa indukuje v jeho vinutiach.
V statore stroja sa nachádza budiace vinutie, ktoré vytvára potrebný magnetický tok F. Stator pozostáva z valcového rámu 2 (oceľolitina, oceľová rúra alebo zváraný oceľový plech), na ktoré sú pripevnené hlavné 3 a prídavné 4 póly s budiacimi vinutiami. Z koncov statora sú uzavreté ložiskové štíty 5. Ložiská sú do nich zalisované a priečna kefka s kefami 6 je spevnená.
Kotva pozostáva z valcového obalu (vyrobeného z lakovaných plechov z elektroocele na zníženie vírivých prúdov). V drážkach jadra kotvy je umiestnené vinutie spojené s zberateľ 7; to všetko je upevnené na hriadeli kotvy.
Najjednoduchší elektrický stroj možno znázorniť ako cievku otáčajúcu sa v magnetickom poli (obr. 2, a,b). Konce cievky sú vyvedené na dve kolektorové dosky. Pevné kefy sú pritlačené ku kolektorovým platniam, ku ktorým je pripojený externý okruh.
Princíp činnosti elektrického stroja je založený na fenoméne elektromagnetickej indukcie. Zvážte princíp činnosti elektrického stroja v režime generátora. Nechajte cievku poháňať externým hnacím motorom (PD). Cievka prechádza magnetickým poľom a podľa zákona elektromagnetickej indukcie sa v nej indukuje premenné EMF , ktorého smer určuje pravidlo pravej ruky. Ak je vonkajší okruh uzavretý, potom ním bude pretekať prúd smerujúci zo spodnej kefy k spotrebiteľovi a z nej k hornej kefke. Spodná kefa sa ukáže ako kladná svorka generátora a horná kefa je záporná. Pri pootočení cievky o 180 0 prechádzajú vodiče zo zóny jedného pólu do zóny druhého pólu a smer EMF v nich sa zmení na opačný. Súčasne sa horná kolektorová doska dostane do kontaktu so spodnou kefou a spodná doska s hornou kefou, smer prúdu vo vonkajšom obvode sa nemení. Kolektorové platne teda zabezpečujú nielen spojenie medzi rotačnou cievkou a vonkajším obvodom, ale pôsobia aj ako spínacie zariadenie, t.j. sú najjednoduchšie mechanické usmerňovače.
Aby sa znížilo zvlnenie v generátore jednosmerného prúdu, namiesto jednej cievky je po obvode kotvy umiestnených niekoľko rovnomerne rozmiestnených vinutí, ktoré tvoria vinutie kotvy, a sú spojené s kolektorom pozostávajúcim z väčšieho počtu segmentov na zmenu polarity EMF. . Preto EMF v obvode medzi svorkami kefy nepulzuje toľko, t.j. sa ukazuje byť takmer konštantný.
Pre tento konštantný EMF je výraz platný
E=S 1 Фn,
kde S 1 - koeficient v závislosti od konštrukčných prvkov kotvy a počtu pólov elektrického stroja; F- magnetický tok; n- frekvencia otáčania kotvy.
Keď stroj pracuje v režime generátora, prúd tečie cez uzavretý vonkajší okruh a cievku vinutia kotvy i = ja i, ktorého smer sa zhoduje so smerom EMF (pozri obr. 2, b). Podľa Ampérovho zákona interakcia prúdu i a magnetické pole V vytvára silu f, ktorá je kolmá na V a i. Smer sily f sa určuje pravidlom ľavej ruky: sila pôsobí na horný vodič vľavo, na dolný vpravo. Táto dvojica síl vytvára krútiaci moment M vr, v tomto prípade nasmerovaný proti smeru hodinových ručičiek a rovný
M=S 2 Fja Som.
Tento krútiaci moment pôsobí proti hnaciemu krútiacemu momentu, t.j. je brzdný moment.
prúd kotvy ja som spôsobuje vo vinutí kotvy s odporom R som pokles napätia R som ja som , takže pri zaťažení napätie U pri záveroch štetcov sa ukáže menej ako EMF, menovite
U = E – R som ja Som.
Sekcie: fyzika
Typ lekcie je formovanie nových vedomostí.
Vybavenie:
Účel lekcie:
1. Vodič je v elektrickom poli. Ako sa v ňom pohybujú voľné elektrické náboje?
A. Urobte oscilačný pohyb
B. Chaotický
B. Poriadny
2. Aký je smer elektrického prúdu?
A. Smer usporiadaného pohybu kladne nabitých častíc.
B. Smer usporiadaného pohybu záporne nabitých častíc.
B. Jednoznačnú odpoveď nemožno dať.
3. Akú úlohu zohráva zdroj prúdu v elektrickom obvode?
A. Vytvára nabité častice.
B. Vytvára a udržiava potenciálny rozdiel v elektrickom obvode.
B. Oddeľuje kladné a záporné náboje.
4. Vo vodiči nie je žiadne elektrické pole. Ako sa v ňom pohybujú voľné elektrické náboje?
A. Vykonajte kmitavý pohyb.
B. Chaotický.
B. Poriadny.
5. Aké sily spôsobujú oddelenie náboja v zdroji prúdu?
A. Coulomb odpudivé sily.
B. Vonkajšie (neelektrické) sily.
B. Coulombove odpudivé sily a vonkajšie (neelektrické) sily.
Zopakovali sme si materiál o jednosmernom elektrickom prúde a teraz budeme študovať striedavý elektrický prúd. (Snímky 3, 4)
vedieť:
byť schopný:
Predtým koniec XIX storočia sa používali len zdroje jednosmerného prúdu – chemické prvky a generátory. To obmedzovalo schopnosť prenášať elektrickú energiu na veľké vzdialenosti. Problém bol vyriešený použitím striedavého prúdu a transformátorov.
(Snímky 5, 6)
Striedavý prúd- ide o prúd, ktorého zmena veľkosti a smeru sa periodicky opakuje v pravidelných intervaloch a ktorý sa vyznačuje tým amplitúda, perióda, frekvencia, fáza.
Amplitúda- maximálna hodnota fyzikálnej veličiny (označuje sa veľkými písmenami s indexom m: Im, Um, Em
Obdobie- čas, počas ktorého striedavý prúd dokončí celý cyklus svojich zmien. T - obdobie, s.
Frekvencia je počet cyklov za sekundu. f je frekvencia, Hz.
f = 50Hz - priemyselná frekvencia striedavého prúdu v Rusku.
Je to zaujímavé. (Snímka 7).
(Správa študentov o výbere priemyselnej frekvencie v iných krajinách).
Zvážte príklady parametrov AC. (Snímka 8)
| Fyzikálne veličiny | Špičkové hodnoty | Platné hodnoty | Okamžité hodnoty |
| Sila prúdu, A | Im - aktuálny | ID = | i=som hriech(t+0), i = 5 sin (2f t + 0) = 5 sin (250 t + 0) = 5sin(100t + 0, A |
| Napätie, V | Hm - napätia | Ud= | U \u003d Umsin (t + 0) \u003d 50 t + 0) \u003d 380 (100 t + 0), V |
| EMF, V | m - E DS | d = d = | = hriech(t+0)= 12sin(250t+0)=12(100t+0), V |
Prijímanie (generovanie) striedavého prúdu.
(Snímky 9,10)
Pocta vytvoriť generátory striedavého prúdu, ktoré urobili revolúciu v elektrotechnike, patrí Srbovi N. Teslovi a ruskému inžinierovi M.O. Dolivo-Dobrovolsky.
Činnosť alternátora je založená na fenoméne elektromagnetickej indukcie (EMI).
Zariadenie alternátora. (Snímka 11)
Pri rovnomernom otáčaní rotora sa vo vinutiach statora indukuje EMF:
e \u003d E sin t \u003d BSN sin 2nt,
kde e = BSN je maximálna hodnota EMF; n je počet otáčok rotora za sekundu; N je počet závitov vinutia statora.
Generované napätie v priemyselných generátoroch je V.
Keď sa rám otáča v magnetickom poli, magnetický tok sa mení. Variabilné EMF indukcie je indukované v rámci. Ak je obvod uzavretý, potom vzniká indukčný prúd, ktorý sa neustále mení v absolútnej hodnote a po 1/2 T - v smere.
Vynútené elektrické oscilácie, ktoré vznikli v obvodoch pôsobením napätia, sa vykonávajú podľa sínusového zákona u = sint alebo u = náklady. .
Lekcia na tému "Získanie striedavého elektrického prúdu."
Typ hodiny: učenie sa nového materiálu.
Ciele lekcie:
vzdelávacie
Upevnenie vedomostí na tému "Fenomén elektromagnetickej indukcie."
Štúdium zariadenia a princípu činnosti alternátora a jeho aplikácie.
Vzdelávacie
rozvoj kognitívne záujmy a intelektuálne schopnosti v procese pozorovania a demonštrácie experimentu.
Vzdelávacie
Vzbudenie záujmu o predmet, vybavenie žiakov vedeckých metód poznanie, umožňujúce získať objektívne poznatky o okolitom svete.
Výchova k zodpovednému vzťahu k prírode ako spoločenskej osobnostnej črty.
Vybavenie
Prúdový zdroj (VS - 24M);
Ukážkový skladací transformátor;
Kľúč, galvanometer, elektronický osciloskop, žiarovky (220V, 40W; 3,5V, 0,2A)
plagáty.
Počítač a projektor.
Počas vyučovania
Organizácia času
Kontrola domácich úloh.
1. Akú úlohu si dal vedec M. Faraday v roku 1821?
2. Ako vyriešil tento problém? (Študent predvádza experimenty)
3. Urobte záver: za akých podmienok vznikol pri všetkých pokusoch indukčný prúd v cievke uzavretej na galvanometer?
4. Aký je jav elektromagnetickej indukcie?
5. Aký praktický význam má objavenie fenoménu elektromagnetickej indukcie?
6. Ako sa volajú domáci vedci, ktorí veľkou mierou prispeli k vývoju a vzniku generátorov elektrickej energie?
Prejdeme teda k zariadeniu, ktoré umožňuje prijímať elektrický prúd a nazýva sa generátor.
Myšlienka získať elektrický prúd týmto spôsobom prvýkrát prišla k Michaelovi Faradayovi. V jeho kresbách sa zachoval dokonca aj nákres prvého generátora.
Väčšina generátorov sú tzv. elektromechanické generátory, v nich kvôli mechanický pohyb pohyblivá časť takéhoto generátora vytvára striedavý elektrický prúd.
K dnešnému dňu celý priemysel používa striedavý elektrický prúd.
Vysvetľuje to skutočnosť, že je veľmi výhodné, po prvé, získať striedavý elektrický prúd a po druhé, je vhodné ho prenášať na veľké vzdialenosti. Preto sa vo svete všade a všade používa striedavý prúd.
Označte ho na všetkých diagramoch vlnovkou.
Moderný generátor je pomerne zložité zariadenie, ale v podstate pozostáva z dvoch častí - rotora a statora.
Obrázok 12 - Zariadenie generátora.
Stator je pevná časť. Rotor je pohyblivý. Dá sa povedať, že stator je analógom cievky s veľkým počtom závitov. A rotor je magnet, ktorý sa otáča a vytvára meniaci sa magnetický tok v priebehu času, prenikajúci do tých závitov, ktoré sú v statore, indukuje, indukuje elektrický prúd v týchto závitoch.
Ak má generátor nízky výkon, potom je rotor zvyčajne vyrobený z permanentného magnetu. Je daný určitým tvarom, vo vnútri je vytvorených niekoľko samostatných pólov. Tento permanentný magnet, ktorý sa otáča priamo vo vnútri statora, priamo vytvára indukčný elektrický prúd. Ak je to nevyhnutné výkonný generátor, potom v tomto prípade rotor už nie je permanentný magnet, ale elektromagnet.
Samozrejme treba povedať, že vo všetkých generátoroch sa rotor otáča pôsobením vonkajšej sily. Ak je tento generátor inštalovaný vo vodnej elektrárni, potom sa tam využíva energia padajúcej vody. V tomto prípade sa rotor otáča nízkou rýchlosťou. Preto je potrebné vyrobiť rotor zložitého tvaru, aby sa pri otáčaní rotora vytvorila veľká zmena magnetického toku a získal sa významný elektrický prúd. Napríklad pri generátore v tepelných elektrárňach sa rotor bude otáčať v dôsledku prichádzajúcej pary, kde je rýchlosť otáčania dosť vysoká a v tomto prípade bude počet pólov a tvar rotora úplne odlišný.
Obrázok 13 - Zariadenie rotora a statora.
Ak hovoríme o statore, potom je to pevná časť generátora. Do nej sú vyrezané drážky. Predstavte si valec, v ktorom sú vyrezané drážky, v týchto drážkach je uložené vinutie statora, kde vzniká indukčný elektrický prúd. Takto fungujú alternátory.
Veľký význam má otázku ohľadom prenosu striedavého elektrického prúdu. Prenos striedavého elektrického prúdu na veľké vzdialenosti je spojený s elektromagnetická indukcia. Na prenos striedavého elektrického prúdu sa používajú zariadenia nazývané transformátory.Transformátor- prístroj na premenu elektrického prúdu a napätia.Pozostáva z dvoch cievok, nazývajú sa vinutia a tieto dve cievky (v skutočnosti môže byť viac cievok) sú nasadené na jedno jadro.
Obrázok 14 - Vzhľad transformátor.
Transformátorje zariadenie, ktoré pozostáva z dvoch resp viac cievky na spoločnom jadre. Keď sa spojímestriedavý elektrický prúdk jednej z cievok sa v nej vytvára striedavé magnetické pole. Magnetické pole jednej cievky je zosilnené železným jadrom a jeho magnetický tok preniká do závitov druhej cievky. Elektrický prúd teda vznikne aj v druhej cievke. Ak teraz zmeníme počet závitov v jednej cievke a v druhej cievke, zmenia sa hodnoty elektrického prúdu v rôznych cievkach.
Tu sa deje to najdôležitejšie. Faktom je, že keď cez vodiče preteká elektrický prúd, hlavná strata je spôsobená tým, že sa vodiče zahrievajú, t.j. tepelný účinok elektrického prúdu. Toto je hlavná nepríjemnosť pri prenose jednosmerného elektrického prúdu.
A ak hovoríme o striedavom prúde, potom vďaka transformátoru, zmenou závitov v cievkach, môžete upraviť hodnotu elektrického prúdu. Ak znížime počet závitov, môžeme zmeniť hodnotu elektrického prúdu. Dokážeme ho znížiť a klesnú aj straty elektrického prúdu pri prenose. Preto transformátor umožňuje znížiť hodnotu elektrického prúdu a tým zvýšiť napätie elektrického prúdu.
Preto je vhodné prenášať striedavý elektrický prúd, transformátor sa nazýva step-up, keď sa napätie zvyšuje. Keď takýto elektrický prúd prichádza priamo do našich bytov, zapnú ďalší transformátor, ktorý sa nazýva zostupný transformátor. V tomto prípade sa napätie zníži na 220 W, ale prúd v obvode sa zvýši.
Tento elektrický prúd používame v domácich spotrebičoch. Ak uvažujeme samostatne každé elektrické vedenie (stručne nazývané elektrické vedenie), tak každé takéto vedenie je samostatne vyvinuté pre konkrétnu elektráreň, z ktorej elektrinu odoberáme. Na ceste jeho prenosu sú inštalované trafostanice, ktoré menia napätie striedavého elektrického prúdu.
Úloha
Drôtený krúžok je umiestnený v rovnomernom magnetickom poli (obr. 1).
Šípky vedľa krúžku ukazujú, že v prípadochaabkrúžok sa pohybuje priamočiaro pozdĺž magnetických indukčných čiarpolia,a v prípadochc, gad- otáča sa okolo osi00". V ktorom z týchto prípadov môže v prstenci vzniknúť indukčný prúd?
Obrázok 15
odpoveď:
Indukčný prúd v kruhu sa vyskytuje iba v prípadeG) , keďže len v tomto prípade sa mení magnetický tok prenikajúci cez obrys prstenca.
Učenie sa nového materiálu.
Učiteľ demonštruje Faradayovu skúsenosť so zameraním na skutočnosť, že modul a smer indukčného prúdu sa periodicky menia.
Preukázanie skúseností.
Obrázok 16 - Schéma demonštrácie skúsenosti a výsledného oscilogramu.
Pozorujúc experiment na priebehu napätia, študenti by sa mali priblížiťna záver: sila prúdu (napätie) v osvetľovacej sieti sa v čase mení podľa harmonického zákona (teda podľa zákona sínusového alebo kosínusového). Učiteľ záver dopĺňa o informáciu, že štandardná frekvencia prúdu používaná v osvetľovacej sieti a priemysle v Rusku a vo väčšine krajín sveta je 50 Hz.
Učiteľ predvádza model alternátora (rotácia drôteného rámu v magnetickom poli). Učiteľ upozorňuje žiakov na skutočnosť, že v generátore dochádza k premene mechanickej energie na elektrickú energiu.
4 . Vysvetleniepodľa plagátu zariadenia moderného elektromechanického indukčného generátora a účel jeho hlavných prvkov.
Obrázok 17 - Zariadenie moderného elektromechanického indukčného generátora.
Otázka pre triedu : ako sa otáča rotor generátora vo vodnej elektrárni, v tepelnej elektrárni?
Odpovede študentov sú prediskutované a objasnené.
Získajte odpoveď:
Pri vodných elektrárňach - prúdením padajúcej vody;
Na termálnej - trajekt vysoký tlak a teplotu.
5. Učiteľ predvedie funkčný model elektrárne.
Obsah ukážky:
Remenicu vodnej turbíny pripojíme gumeným pásom ku kladke generátora. Generátor uzavrieme na nízkonapäťovú žiarovku 3,5V. Do turbíny dodávame vodu z vodovodného kohútika. Rotácia turbíny sa prenáša na generátor. Pozorujeme žiaru žiarovky.
Študenti by mali dospieť k záveru: že mechanická energia vody (pary) sa premieňa na mechanickú energiu rotora, ktorá sa zase mení na elektrickú energiu!
6. Na plátno sa premietajú fotografie priemyselných podnikov.
Upevnenie vedomostí získaných na lekcii.
1) Otázky:
Aký elektrický prúd sa nazýva striedavý?Sčo jednoduchá skúsenosť môžete to dostať?
Kde sa používa striedavý prúd?
Na akom jave je v súčasnosti založená činnosť najbežnejších alternátorov?
Povedzte nám o zariadení a princípe fungovania priemyselného generátora.
Čo poháňa rotor generátora v tepelnej elektrárni? vo vodnej elektrárni?
Aká je štandardná frekvencia priemyselného prúdu používaná v Rusku a mnohých ďalších krajinách?
2) Riešenie problému:
Volzhskaya HPP im. IN AND. Lenina bola postavená v rokoch 1950-1957, má spád 30 m (výškový rozdiel medzi horným a dolným tokom) a elektrický výkon 2300 MW.
Odhadnite dennú spotrebu vody.
Dané: Riešenie:
V= 1 m3
1) Ep = m g h m = ρ V Ep = ρ V g h ≈ 300 103 J
2) P = W = n Ep
Počet metrov kubických padajúcich z priehrady každú sekundu
Odpoveď: Ep = 300 kJ, ≈
p = 103 kg/m3
P= 2,3 109 Ut
Ep-? n==?
Zhrnutie.
Učiteľ zhrnie hodinu, oznámkuje žiakov, komentuje každú odpoveď a známku.
Základný materiál § 50. Pr. 40(2), strana 168.
Doplnkový materiál: pripraviť správy na tému "Tepelné elektrárne Tolyatti" a " Ekologické problémy spojené s prevádzkou tepelných a vodných elektrární.
