WWW.EL.Z-PDF.RU
БИБЛИОТЕКА  БЕСПЛАТНЫХ  МАТЕРИАЛОВ - Онлайн документы
 

«Тип уроку: урок засвоєння нових знань Міжпредметні зв’язки : математика, історія, інформатика, географія, екологія. Обладнання: трансформатори, роздатковий матеріал, ...»

Тема уроку: Трансформатор. Виробництво, передача та використання енергії електричного струму.

Мета уроку:організувати діяльність учнів з вивчення будови, принципу дії та призначення трансформатора, ознайомити учнів із способом передавання електроенергії на великі відстані з мінімальними втратами; розвивати науковий стиль мислення та творчу активність учнів; виховувати політехнічний світогляд та формувати екологічну культуру особистості.

Тип уроку: урок засвоєння нових знань

Міжпредметні зв’язки : математика, історія, інформатика, географія, екологія.

Обладнання: трансформатори, роздатковий матеріал, мультимедійні презентації, мультимедійний проектор, навчальний педагогічний програмний засіб фізика - 11, бібліотека електронних наочностей для 10 – 11 класів.

Епіграф до уроку:(слайд 1)

Три шляхи ведуть до знань:

шлях наслідування - найлегший,

шлях роздумів найскладніший

і шлях дослідження – найцікавіший.

Конфуцій

Хід уроку

І. Організаційний момент.

ІІ. Актуалізація опорних знань.

Фронтальне опитування : (слайд 2)

Який струм протікає в електромережі ?

Який струм називають змінним ?

Який прилад цей струм виробляє ?

На якому явищі ґрунтується дія генератора змінного струму ?

Де виробляють змінний струм ?

Які типи електричних станцій ви знаєте ?

Які нетрадиційні способи виробництва електроенергії вам відомі?



Презентація проекту №1 «Виробництво електроенергії в Україні» (слайд 3)(додаток 1)

В цей же час 5 учнів виконують тести з допомогою програми

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності учнів. Повідомлення теми, мети уроку.

Споживачами електроенергії є підприємства, організації, великі та малі будинки, а виробляється електроенергія на електростанціях, тому виникає потреба передавати її від джерела до споживача на великі відстані. Як знизити втрати у лініях електропередач? Електрорушійна сила генераторів електростанцій велика. При передачі використовується напруга в сотні тисяч кіловольт. Але на практиці більшість споживачів потребують електроенергію напругою 220В, а в промисловості – 360В і 600В. Напругу потрібно постійно перетворювати. Отже перед нами два проблемні питання: (слайд 4)

Як передати енергію з найменшими втратами?

Як перетворити напругу з високої на низьку і навпаки?

Демонстрація досліду з понижувальним трансформатором, розміщеним в закритому ящику. Питання:Чому покази вольтметрів різні? Який пристрій понижує напругу?

Запишіть тему уроку «Трансформатор. Виробництво, передача, та використання енергії електричного струму». (слайд 5)

IV. Організація діяльності учнів із засвоєння нової навчальної інформації.

Пояснення будови трансформатора. (показати розбірний трансформатор)

Трансформатор складається осердя замкненої форми,що виготовлене з м’якого феромагнетика, та двох обмоток, надітих на осердя. Первинна обмотка — з’єднана з джерелом змінної напруги, а вторинна обмотка приєднана до споживача. Осердя набирається з тонких ізольованих листів трансформаторної сталі для зменшення вихрових струмів, які б його розігрівали. (слайд 6)(струми Фуко)

Презентація проекту №2 « Винахідники трансформатора» (слайд 6)(додаток 2)

2. Фізичні основи роботи трансформатора (слайд 8)

Принцип дії трансформатора засновано на явищі електромагнітної індукції. Під час проходження змінного струму в первинній обмотці в осерді виникає змінний магнітний потік, залізне осердя передає магнітний потік від первинної обмотки до вторинної і збуджує ЕРС самоіндукції у вторинній обмотці. Використовуючи закон ЕМІ запишемо:





Складемо відношення

Коефіцієнт трансформації (слайд 9)

Якщо коло вторинної обмотки розімкнене,то таке явище називають холостим ходом трансформатора ( I= 0 ). У цьому разі напруга на вторинній обмотці дорівнює ЕРС на вторинній обмотці U2=2, а ЕРС на первинній приблизно рівна напрузі на первинній обмотці U1=1тому під час холостого ходу:

k – коефіцієнт трансформації

якщо k > 1, напруга U2 < U1 трансформатор є знижувальним

якщо k < 1, то U2 > U1 трансформатор є підвищувальним

Якщо до кола вторинної обмотки під єднати споживач струму, то трансформатор працюватиме під навантаженням. Струм, що появився у вторинній обмотці створює свій магнітний потік, який за правилом Ленца прагне компенсувати зміни магнітного потоку в осерді. Це призводить до автоматичного збільшення сили струму в первинній обмотці. Збільшення сили струму у колі первинної обмотки відбувається за законом збереження енергії. Потужність у первинному колі близька до потужності у вторинному колі:

Висновок: У скільки разів трансформатор зменшує напругу у стільки разів він збільшує силу струму.

Тому у понижувальних трансформаторах діаметр витків на вторинній обмотці більший ніж на первинній d2>d1 оскільки

ККД трансформатора (слайд 10)

– ККД трансформатора або

Застосування трансформаторів

Презентація проекту №3 « Застосування трансформаторів » (слайд 11) (додаток 3)

Виробництво, передача та використання енергії електричного струму

Пояснення вчителя (слайд 12, 13)

Споживачі електроенергії є всюди, а виробляється вона порівняно в небагатьох місцях, тому виникає потреба передавати її на великі відстані.

Під час передавання електричного струму велика кількість електричної енергії йде на нагрівання проводів. Згідно із законом Джоуля-Ленца :

Q = I2Rt, R – опір лінії

Як знизити втрати у лініях електропередач ?

Є два шляхи : 1) зменшити опір провідників R=, а отже збільшити S – площу поперечного перерізу провідника

Але для зменшення R, наприклад, у 100 разів потрібно збільшити масу проводу також у 100 разів. Зрозуміло, що не можна допустити такої великої витрати дорогого кольорового металу, не говорячи вже про труднощі закріплення важких проводів на високих щоглах і т.п.

Або 2) зменшити силу струму, збільшивши напругу.

Наприклад, зменшення струму в 10 разів зменшує кількість тепла, що виділився в провідниках, у 100 разів, тобто досягається такий же ефект, що і від сторазового збільшення маси дроту.

Висновок: щоб знизити втрати в лініях електропередач потрібно збільшити напругу змінного струму за допомогою підвищувальних трансформаторів.

Так генератори виробляють струм напругою від 6 до 20 кВ, а трансформатори її підвищують до декількох сотень кіловольтів. Після цього електричний струм подають на лінії електропередач.

Про шкідливий вплив ЛЕП: Особливо сильний вплив для здоров'я надають високовольтні лінії електропередач(ЛЕП). Напруженість поля безпосередньо під ЛЕП сягає часом десятків кіловольт на метр.

Дослідження засвідчили, що біологічний вплив ЛЕП залежить від тривалості перебування людини у електричному полі. Найбільш уразлива нервова система. Після неї можуть бути розлади роботи серцево-судинної системи,зміни у складі крові. Вченими встановлено потенційна небезпека перебування людини,в електричному полі,напруженість якого за 25 кВ/м. У зоні ЛЕП небажано гуляти,кататися на лижах,особливо дітям.

На місцях споживання електроенергії за допомогою знижувальних трансформаторів напругу зменшують і далі електроенергія передається по низьковольтним лініям передач. Біля будинків знаходяться трансформаторні будки, у яких напруга змінного струму зменшується за допомогою знижувального трансформатора до 220 В і подається в електромережу.

Використання електроенергії.

Сучасна цивілізація немислима без широкого використання електроенергії.

А) промисловість — 56%

Б) металургія — 21%

В) побут – 12%

Г) транспорт – 7%

Д) сільське господарство – 4%

V. Узагальнення і систематизація вивченого. (слайди 14-18)

Самостійна робота учнів в групах

Дати відповіді на питання:

1. Який прилад використовують для перетворення змінного струму та напруги ?

А) генератор Б) трансформатор В) вольтметр

2. Чи змінює трансформатор частоту змінного струму ?

А) ні Б) так В) змінює, якщо він навантажений

3.Яке числове значення має коефіцієнт трансформації у підвищувальних трансформаторах ?

А) k=1 Б ) k<1 В) k>1

4. Ви придбали електроприлад, розрахований на напругу 110В, а в мережі напруга 220 В, з яким коефіцієнтом трансформації вам потрібно підключити до мережі трансформатор, щоб електроприлад не перегорів ?

А) k= 0,5 Б) k= 3 В) k= 2

5. З якою метою під час передачі електроенергії на великі відстані підвищують напругу змінного струму ?

А) щоб збільшити потужність струму

Б) щоб зменшити втрати енергії на нагрівання проводів ліній електропередачі

В) для запобігання перевантаження генератора

Розв’язати задачу, якщо буде час.

Скільки витків повинна мати вторинна обмотка трансформатора для підвищення напруги від 220 В до 11000В, якщо в первинній обмотці 20 витків? Який коефіцієнт трансформації ?

VI. Домашнє завдання. (слайд 19)

§ 40, вправа 22 (задача 1);

повторити основні величини,формули та закони з теми « Електромагнітне поле»

VIІ. Підведення підсумків уроку, оцінювання (слайд 20)

Додаток 1

Проект №1 «Виробництво електроенергії в Україні»

Сучасний розвиток суспільства нерозривно пов'язаний зі зростанням темпів виробництва енергії. На сьогодні 6 млрд. людей на Землі споживають більше 12 млрд. кВт енергії за рік, тобто в середньому 2млрд. кВт на людину. Тому темпи зростання виробництва енергії перевищують нині темпи приросту населення на Землі.

На сьогодні Україна є однією з країн світу, де енергія використовується найменш ефективно. Енергетика України складається з 15 ТЕС, 5 АЕС, 8 ГЕС та нетрадиційних джерел енергії, а саме 78 малих ГЕС, 27 СЕС, 13 ВЕС, 2 біоенергетичних станцій.

ТЕС виробляють — 48% енергії, АЕС—33%,ГЕС—12%, а решту –7% альтернативні джерела енергії.

Які ж переваги та недоліки кожної з них ?

Теплові ЕС. ККД ТЕС складає 35-55%.

Переваги:

1) дешеві у будівництві;

2) близьке розташування біля споживача

3) різні види органічного палива (вугілля, нафту, газ)

4) виробляють тепло для опалення міст

Недоліки:

1) хімічне забруднення повітря (карбон (ІV) оксид, сполуки Нітрогену, свинцю)

2) згорає кисень, виділяється вуглекислий газ, що веде до «парникового ефекту»

3) кислотні дощі

4) сильне теплове забруднення води

5) невідновне пальне

6)шумове забруднення навколишнього середовища

ТЕС,що працюють на вугіллі, викидають в атмосферу більше радіоактивних речовин, ніж АЕС тієї ж потужності. Високий ризик для життя людини становить видобування кам’яного вугілля у шахтах.

Атомні ЕС. ККД АЕС складає 30%

Переваги:

великі запаси пального

Немає хімічних забруднювачів

Недоліки:

проблема утилізації ядерних відходів

загроза вибуху

теплове забруднення води

Гідро ЕС.ККД ГЕС складає 95%

Переваги:

дешева енергія

відтворюване джерело

не забруднюють повітря

Недоліки:

затоплення земель

зменшення вмісту кисню, що протікає через греблю

зниження швидкості руху річок, цвітіння води

заболочування, розмивання берегів

скорочення кількості риби

В умовах складної екологічної ситуації на Землі, перед усіма країнами світу постає завдання пошуку та запровадження нетрадиційних відновлювальних джерел енергії. Ця стратегія, розроблена Національною академією наук і Міністерством палива та енергетики України базується на проекті « Енергетична стратегія України на період до 2030року». Основні напрямки розвитку відновних джерел енергії вбачаються у використанні енергії вітру, Сонця, біоенергії, геотермальної енергії.

Вітрові ЕС. ККД ВЕС 10%.

Популярність її використання швидко зростає. Відомо, що першу в світі вітрову електростанцію потужністю 100кВт було споруджено в Криму, біля Севастополя в 1931 р. за проектом Юрія Кондратюка. На сьогоднішній день в Україні 13 ВЕС.

Переваги :

екологічно чисте відновлювальне джерело

Недоліки :

шумові забруднення

велика площа

нестабільність роботи

Сонячні ЕС

В недалекому майбутньому люди все більше будуть використовувати енергію Сонця. ККД СЕС 12%.

Переваги:

екологічно чисте відновлювальне джерело

Недоліки:

висока собівартість будівництва

велика площа

мала густина

Сонячна ЕС збудована в Криму в м. Євпаторія. Зараз в деяких місцях світу є будинки із фотоелектричними дахами. В Україні теж є такі розробки. Прикладом є «будинок нуль енергії» у Львові, а також будинок у Києві.

Біоенергія - вироблення енергії із відходів сільськогосподарської продукції. В перспективі біомаса в Україні здатна забезпечити 50% нетрадиційних джерел енергії.

Додаток 2

Проект №2 « Винахідники трансформатора»

Вісімдесяті роки минулого століття увійшли в історію техніки під назвою періоду "трансформаторних битв". Таку незвичайну назву вони отримали тому, що винахід трансформатора став одним з найсильніших аргументів на користь змінного струму. А справжня битва тривала між прихильниками постійного і змінного струмів і відображала пошуки шляхів виходу з назрілої енергетичної кризи, пов'язаної з проблемою централізованого виробництва електроенергії та передачею її на великі відстані.

Схематичне зображення майбутнього трансформатора вперше з'явилося в 1831 році в роботах Фарадея і Генрі. Проте ні той, ні інший не відзначали в своєму приладі такої властивості трансформатора, як зміна напруг і струмів, тобто трансформування змінного струму.

У 1836 році ірландський фізик Ніколас Каллан винайшов індукційну котушку. У 1838 році цей винахід повторив американський винахідник Чарльз Пейдж, але найбільшу популярність здобув німецький механік Генріх Румкорф, ім'ям якого згодом стали називати індукційну котушку.

П.М. Яблочков дочасно зрозумів роль індукційної котушки як засобу електричного поділу ланцюгів змінного струму. Навіть самим фактом патентування системи "дроблення світла" у багатьох країнах він так підкреслював важливість нової пропозиції. Бобіни, як їх тоді називали, мали однакове число витків в первинній та вторинній обмотках, сталевий сердечник був розімкненим і представляв собою стержень, на який намотувалися обмотки.

Ставало все ясніше, що система електропостачання на постійному струмі не має перспектив. З досвіду експлуатації дугових джерел світла було встановлено оптимальна напруга. Радіус електропостачання не перевищував декількох сотень метрів. І основним напрямком розвитку електроенергетики ставав система змінного струму.

Новим кроком у використанні трансформаторів з розімкненим сердечником для розподілу електроенергії стала "система розподілу електрики для виробництва світла і рухової сили ", запатентована у Франції в 1882 році Голяр і Гіббсом. Трансформатори Голяра і Гіббса призначалися вже для перетворення напруги, тобто мали коефіцієнт трансформації відмінний від одиниці. Трансформатори з розімкненим сердечником в 1883 році встановлюються на підстанціях Лондонського метрополітену, а 1884 - у Турині (Італія).

Перші трансформатори з замкнутими сердечниками були створені в Англії в 1884 році братами Джоном і Едуардом Гопкинсон. Сердечник цього трансформатора набраний був із сталевих смуг або дротів, розділених ізоляційним матеріалом, що знижувало втрати на вихрові струми. На сердечнику поміщалися, чергуючись, котушки вищої та і нижчої напруги. Вперше пропозиції про паралельному включенні трансформаторів висловив Р. Кеннеді в 1883 році, але більш всебічно цей спосіб з'єднання був обґрунтований угорським електротехніком Максом Дері, який в 1885 році отримав патент на паралельне включення первинних і вторинних обмоток трансформаторів і показав перевага такого включення. Незалежно від нього аналогічний патент в Англії отримав С. Ц. Ферранті. Передача електричної енергії змінним струмом високої напруги виявилася можливою після створення однофазного трансформатора із замкнутою магнітною системою. Такий трансформатор в декількох модифікаціях (кільцевий, броньовий і стрижневий) був розроблений в 1885 році угорськими електротехніками М. Деррі, О. Блат, К. Циперновський, які вперше і запропонували сам термін трансформатор. Угорські інженери знайшли оптимальне співвідношення між витратою міді і сталі в трансформаторах. Російський інженер Доліво-Добровольський виступив з пропозицією застосовувати для цілей передачі і експлуатації електроенергії розроблену ним систему трифазного струму. Доліво-Добровольський показав, що стосовно передачі електроенергії система трифазного струму, в порівнянні з системою двофазного струму, є більш економічною, але вирішальна перевага трифазної системи він бачив "в чудових якостях" розроблених ним трифазних асинхронних двигунів. У цьому напрямку він провів величезну творчу роботу: довів, що за допомогою трифазного струму можна створити в машині таке ж обертове магнітне поле, як і за допомогою двофазного струму, розробив основні модифікації трифазного асинхронного двигуна. Паралельно з цим Доліво-Добровольський розробив конструкцію трифазного трансформатора спочатку, в 1890 р., з розташуванням сердечників по колу і кільцевими ярмами, а потім з звичайним в даний час розташуванням стержнів в одній площині. А так як, крім цього, Доліво-Добровольський багато працював у галузі теорії, розрахунку та конструювання електричних машин, то можна сказати, що він розробив власне всі елементи трифазної системи. Запропонована Доліво-Добровольським система трифазного струму викликала жвавий інтерес і привернула до себе увагу. Незважаючи на ряд заперечень, її технічні можливості були настільки великі й очевидні, що вже найближчим часом вона зайняла провідне місце в ряду інших систем.

Додаток 3

Проект №3 « Застосування трансформаторів »

Трансформатор перетворює напруги в низькі або високі з малими втратами енергії. Він є важливим елементом багатьох електроприладів, механізмів і пристроїв: зарядних пристроїв, радіоприймачів, телевізорів, підстанцій, електростанцій і т.п

Слайд 1. Силові трансформатори, встановлені на електростанціях

підстанціях, призначені для перетворення електроенергії з однієї напруги на іншу. Найбільшого поширення набули трифазні трансформатори.

Силові трансформатори є основними елементами систем електропостачання і використовуються у всіх галузях економіки, включаючи промисловість, житлово-комунальне і сільське господарство, окремі установи, організації, фірми.

Слайд 2. Вимірювальні трансформатори

Призначені для живлення електровимірювальних приладів, передавачі сигналу інформації вимірювальних приладів в установках змінного струму частоти 50 або 60 Гц.

Слайд 3. Зварювальні трансформатори - для електрозварювання і електроплавлення.

Для зварювальних апаратів використовують знижувальні трансформатори. Для зварювання потрібні дуже сильні струми, і трансформатор зварювального апарата має усього єдиний вихідний виток.

Слайд 4. В медицині

Слайд 5. Випробувальні трансформатори.

Для випробування високовольтного електротехнічного обладнання

Слайд 6 Автотрансформатори

Автотрансформатори ручного регулювання напруги на виході

Слайд 7. Стабілізатори напруги

Незначні зміни на вході не дають значних змін на виході. Це дозволяє не порушувати режим роботи комп’ютерів, телевізорів і іншої техніки.

Отже,як бачимо трансформатори невеликих потужностей (десятки Ватт) використовуються головним чином в лабораторіях та побуті, вони мають також невеликі розміри ( наприклад у зарядових пристроях для мобільних телефонів використовують знижувальні трансформатори), у радіотехніці, у всіх побутових електроприладах.

Багатьом доводилося мати справу з бобінами автомобіля. Бобіна – це підвищувальний трансформатор. Для створення іскри, що підпалює робочу суміш, потрібна висока напруга, яку ми й одержуємо від акумулятора автомобіля, попередньо перетворивши постійний струм акумулятора в змінний за допомогою переривача.

Розміри трансформаторів можуть бути різними від горошини до велетнів вагою в 500 тонн. Зменшення габаритів трансформаторів досягається за рахунок більш ефективного відведення тепла за допомогою вентиляторів, зовнішніх радіаторів, спеціальних насосів. В даний час функції трансформаторів можуть брати на себе напівпровідникові прилади. Однак трансформатори ще будуть виконувати свою службу досить тривалий час.

Похожие работы:

«УДК 81 – 81:3/881.111(73)/82 – 312.6:82-98 С. В. Волкова докторант III курса Киевского национального лингвистического университета, доцент, г. Херсон, Украина e-mail: volkovasvetlana@yandex.ruНаучный консультант – д. ф. н., профессор Л. И. БелеховаМифолорно-авторский образ как этнокультурный типаж В данной статье уточняются понятия “обр...»

«№ п/п Назва програми Координатор виконання програми Документ, яким затверджено програму Термін дії програми Управління з організаційної роботи апарату облдержадміністрації1. Запровадження системи управління якістю в апараті обласної державної адміністрації Управління з організаційної роботи апарату облдержад...»

«ТОГБУК "Научно-методический центр народного творчества и досуга" "России верные сыны" обобщение опыта работы культурно-досуговых учреждений области по проведению Дня защит...»

«ПЛАН-КОНСПЕКТ Т Е М А № 2: "Сигналы оповещения об опасностях, порядок их доведения до населения и действия по ним работников организации".Учебные цели: Изучить со...»

«Культурный центр Вооруженных Сил Российской Федерации Методический отдел Есть такая профессия. (в помощь организатору культурно-досуговых мероприятий) Информационно-методическое пособие Москва, 2016 г. Ответственный з...»

«Приложение 3 к заключению о результатах публичных слушаний по проекту Генерального плана городского округа города Красноярска от 17.11.2014 Письменные предложения и замечания по проекту Генерального плана городского округа города Красноярска экспертной группы ОАО "Гражданпроект" (вх. № Т-13034-ек от 31.10.2014):исключить...»

«Программа по патриотическому воспитанию В ГАОУ СПО МО "Колледж "Угреша" "Гражданин и патриот" Пояснительная записка Реальное патриотическое сознание подрастающего поколения России формируется сегодня в сложных, противоречивых условиях, связанных с глубокими с...»

«Утверждаю: Председатель Правления МБФ "Мир на ладони" Чиркова Наталья Борисовна Благотворительный Фонд поддержки и развития культуры и образования "Мир на ладони" Многопрофильная фирма ООО "Пилигрим" 620012, г. Екатеринбург, ул. Машиностроителей, д. 19, оф. 127/2, тел./факс: 8...»








 
2018 www.el.z-pdf.ru - «Библиотека бесплатных материалов - онлайн документы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 2-3 рабочих дней удалим его.