—крыть/ѕоказать меню
ќб учебниках –ешаем ѕоиграем? —мотри... »спользуй на уроке! јнимации по физике ‘изика - малышам! Ёксперимент Ёто интересно! јстрономи€ ≈сть иде€! ќбразование вне политики ≈сть вопросы? ѕеречитаем... –епетитор јнекдот в тему ‘изическа€ библиотека
 
 
  [»спользуй на уроке!, јнимации] : ¬иртуальна€ лабораторна€ работа. »зучение работы трансформатора
| јвтор јвтор: admin | ƒата ƒата: 19.11.2011, 20:04 | ѕросмотров ѕросмотров (21535) | ѕечать ѕечать

¬иртуальна€ лабораторна€ работа. »зучение работы трансформатора

Ўкольна€ программа по физике предполагает знание таких тем, как "ѕреобразование переменного тока" и "“рансформатор".  ќднако уровень владени€ учащимис€ пон€ти€ми темы четко не определен, размыт. “ак в белорусской программе по физике издани€ 2009г. сказано: учащийс€ должен... знать и понимать смысл физического пон€ти€ "трансформатор", владеть решением задач на определение коэффициента трансформации.

Ќепон€тно, почему  в рамках темы нет никаких требований на более низком уровне представлени€. Ќе€сно, что должен уметь учащийс€ по теме "трансформатор"?

 азалось бы, что среди простейших требований к учащимс€ (на уровне представлени€) должны были бы быть:

определение трансформатора, схема, условное обозначение на электрических схемах, представление о строение простейшего трансформатора.

Ќа уровне умени€ от учащихс€ можно потребовать умение описывать и объ€сн€ть принцип работы  трансформатора, а также основные режимы работы трансформатора: (холостой ход, рабочий ход, режим короткого замыкани€).

Ќа уровне "владеть" - практическими умени€ми решать задачи с использованием формул, характеризующих работу идеального трансформатора:

формулы-определени€ коэффициента трансформации дл€ трансформатора напр€жени€: k = N1 / N2 ;

св€зи числа витков в обмотках с напр€жением на них: N1 / N2 = U1 / U2 ;

св€зи между числом витков и токами в обмотках нагруженного трансформатор (рабочий режим): N1 / N2 = I2 / I1 ;

 ѕƒ трансформатора: η = (P2 / P1)∙ 100% , где P2 и P1 - мощности на выходе (передаваема€ во внешнюю цепь) и входе трансформатора соответственно.

ѕодытожива€, заметим, удивительно, что ничего это нет в современной белорусской программе по физике. ј ведь знание этих закономерностей требуетс€ как дл€ решени€ задач из самого школьного учебника, так и на централизованном тестировании по физике (÷“). (»з приведенного примера хорошо видно, что ни о каком качественном образовании говорить не приходитс€, факт его снижени€ слишком очевиден!)

Ќадеемс€, закрепить и упрочить знание темы "“рансформатор" поможет виртуальна€ лабораторна€ работа.

 

”правление лабораторной работой:

  • — помощью стрелок можно измен€ть число витков в первичной и вторичной обмотках трансформатора.
  • — помощью левого выключател€ подаетс€ напр€жение на первичную обмотку трансформатора.
  • — помощью правого выключател€ вторична€ обмотка подключаетс€ к нагрузке.
  • ƒл€ изменени€ нагрузки на вторичную обмотку используетс€ реостат. ѕеремещение ползунка в крайнее верхнее положение позвол€ет наблюдать режим короткого замыкани€.
  • ¬ верхней части флэш-ролика расположены два амперметра и два вольтметра дл€ съема показаний силы тока и напр€жени€ с первичной и вторичной обмоток трансформатора.

ѕроблема взаимодействи€ катушек трансформатора

¬о всех учебниках найдем примерно следующее описание основ работы трансформатора. ћагнитное поле, созданное переменным током в первичной обмотке, благодар€ наличию стержн€ практически без потерь (без рассеивани€) пронизывает витки вторичной обмотки. ѕоскольку магнитный поток во вторичной обмотке измен€етс€ со временем, то согласно закону ‘араде€ в ней возбуждаетс€ Ёƒ— индукции. » если не обращать внимание на потери магнитного потока в стержне, то фарадеевска€ Ёƒ— индукции, что возникает в каждом витке вторичной обмотки, будет такой же, как и Ёƒ— индукции в каждом витке первичной обмотки (на самом деле в первичной обмотке Ёƒ— индукции €вл€етс€ Ёƒ— самоиндукции - ¬.Ў. Ёта неточность имеетс€ и в белорусском учебнике физики издани€ 2010г.)  
¬иртуальна€ лабораторна€ работа. »зучение работы трансформатора
„итаем в учебниках подобные рассуждени€ о принципе работы трансформатора  и, казалось бы все €сно. Ќо посмотрим чуть подробнее и глубже. ƒве катушки наход€тс€ в одинаковых услови€х в общем магнитном поле. ѕусть катушки будут идеальные (сопротивление  равно нулю) и совершенно одинаковые, т.е. имеют одинаковое число витков, а значит и Ёƒ— в них одинаковые. (“олько Ёƒ— первой катушки называетс€ Ёƒ— самоиндукции, а Ёƒ— второй катушки ─ просто Ёƒ— индукции.) «амкнем накоротко выводы второй катушки. ќчевидно, по ней потечет такой же переменный ток как в первичной катушке благодар€ общему сердечнику, который сосредотачивает в себе магнитное поле, не дает ему "расползатьс€".  Ётот ток, в свою очередь, вызовет по€вление своего, нового магнитного пол€, естественно, такого же по величине как поле первой катушки. Ќо Ёƒ— индукции возникшего пол€ второй катушки имеет знак, противоположный знаку Ёƒ— внешнего источника, подсоединенного к первой катушке. ј коли так, индукционный ток во второй катушке будет направлен противоположно току первой катушки. ћагнитное поле второй катушки вычитаетс€ из магнитного пол€ первой катушки, и в сумме они дают нуль. ƒа, да, именно нуль! “ак происходит в любом трансформаторе. Ёнерги€ передаетс€ из первой катушки во вторую, но при этом в пространстве, окружающем обе катушки, нет никакого пол€: ни магнитного, ни электрического. (¬ реальных трансформаторах магнитное поле все-таки есть. Ќо это так называемое поле рассе€ни€, возникающее из-за того, что катушки всегда немного неодинаковы.)  ак же все-таки взаимодействуют катушки?  акова причина возникновени€ Ёƒ— и тока во вторичной катушке? ¬едь ток во второй катушке все-таки протекает. ѕричем ток ─ это объективна€ величина, его можно измерить амперметром!

»так, еще раз. ѕолучаетс€, если рассуждать, пользу€сь пон€ти€ми Ёƒ—, силы тока, магнитной индукции, то иначе как чудом только что рассмотренную ситуацию не назовешь. ƒействительно, втора€ катушка замкнуто накоротко и полностью изолирована от внешнего мира. ¬ окружающем ее пространстве ничего нет: ни электрического, ни магнитного пол€. “ем не менее, Ёƒ— в ней существует, и ток через нее протекает!

¬от така€ пока непреодолима€ трудность возникает при попытке объ€снени€ взаимодействи€ катушек трансформатора. ’оть €вных нарушений физических законов тут не видно, но должна быть кака€-то причина по€влени€ Ёƒ— и тока во второй катушке.

ј как вы, читатели, полагаете можно было бы разрешить данную проблему?

            ∆дем ваших комментариев!

            –.S. ѕродолжение будет...

»спользовать on-line: трансформатор

—качать:  transformer.swf [16.39 Kb] (cкачиваний: 1581)


Ќе нравитс€ ( - ) +43 Ќравитс€ ( + )
 лючевые слова  лючевые слова:

ѕохожие новости
  • ‘изика 11 (2009). –ешение упражнени€ є9
  •  онтрольна€ работа є2 по теме: ЂЁЋ≈ “–ќћј√Ќ»“Ќџ≈  ќЋ≈ЅјЌ»я и ¬ќЋЌџї. 11 кла ...
  • ‘изика 8 (2010). –ешение упражнени€ є22
  • «наменитый трансформатор “есла: руководство по проектированию и строительст ...
  •  россворд "Ёлектромагнитна€ индукци€"


  •  омментарий #1
    :: јвтор јвтор: anat :: ƒата 20.11.2011, 11:07 :: ћесто жительства: -- :: ICQ: --
    anat

    «арегистрирован:
    28.04.2010

    Ќовостей: 0
     омментариев: 17
    «вание: новичок
    --------------------
    E-mail: anationa@mail.ru
    втора€ катушка замкнуто накоротко и полностью изолирована от внешнего мира

    Ќасчет изол€ции вы погор€чились. ¬тора€ катушка все-таки св€зана через сердечник с первой.
    ѕри таких идеальных рассуждени€х мы получаем, что ток в первой катушке равен бесконечности, а значит мы получаем неопределенность по мощности (бесконечность умноженна€ на ноль). Ќо если смотреть хронологически, то сначала ток достигает бесконечности и, следовательно, мгновенно сгорает обмотка. ј вообще, есть над чем голову поломать, хот€ думаю ничего неразрешимого здесь нет.
    я тоже задумалс€ над этой темой в учебнике. ƒана она там не бог весть как. Ќе даны ответы на многие вопросы.  ое-что € написал у себ€ на сайте. ≈сли хотите, почитайте:
    “рансформаторы Ўкольна€ физика: баги

     омментарий #2
    :: јвтор јвтор: admin :: ƒата 20.11.2011, 11:38 :: ћесто жительства: Minsk :: ICQ: 331699723
    admin

    «арегистрирован:
    11.03.2010

    Ќовостей: 630
     омментариев: 523
    «вание: заслуженный пользователь
    --------------------
    E-mail: artur.7by@gmail.com
    ÷итата: anat
    втора€ катушка замкнуто накоротко и полностью изолирована от внешнего мира
    Ќасчет изол€ции вы погор€чились. ¬тора€ катушка все-таки св€зана через сердечник с первой.

    —огласен, принимаетс€. Ќо это не разрешает проблему взаимодействи€ катушек до конца. Ќаличие сердечника (магнитопровода) приводит к тому же казусу: есть сердечник, но пол€ нет! —ердечник нужен как раз дл€ того ...чтобы исчезло результирующее поле! ѕовторю, эта роль сердечника не снимает проблему...
    „то касаетс€ катушек, относительно которых мы договорились, что они идеальны, т.е. сопротивление проводников, из которых они намотаны, или равны нулю, или настолько малы, что ими можно пренебречь. “ок не достигнет бесконечности и обмотка не сгорит, т.к. электрическа€ энерги€ не будет превращатьс€ во внутреннюю. Ёто просто будет идеальный трансформатор без потерь энергии. “ак что проблема не сн€та...
    ѕопробую еще раз. ¬се эти ограничени€ дл€ катушек, их идеализаци€ нужна фактически только дл€ усилени€ противоречи€, обострени€ проблемы взаимодействи€ катушек. „тобы не было потерь энергии и пол€ при сложении в точности компенсировались, иными словами, результирующее магнитное поле в точности равн€лось 0.
    ѕроблема св€зана именно с непротиворечивым объ€снением работы трансформатора. —ами трансформаторы, успешно работают, как известно, более сотни лет.


    ------------------

     омментарий #3
    :: јвтор јвтор: Louisa :: ƒата 16.12.2011, 02:44 :: ћесто жительства: -- :: ICQ: --
    Louisa

    «арегистрирован:
    --

    Ќовостей: 0
     омментариев: 0
    «вание: гость
    --------------------
    E-mail:
    Hot damn, lkoiong pretty useful buddy.

     омментарий #4
    :: јвтор јвтор: Alex :: ƒата 4.01.2012, 10:00 :: ћесто жительства: -- :: ICQ: --
    Alex

    «арегистрирован:
    --

    Ќовостей: 0
     омментариев: 0
    «вание: гость
    --------------------
    E-mail:
    я давно задумалс€ над работой трансформатора, и не нашел ответа.
    Ќапишу лишь один опыт.
    Ѕеру трансформатор, изображен на рисунке выше, наматываю третью обмотку на первичку и вторичку поверх.
    ѕо законам физики тока в третей обмотке не должно быть.
    ≈сли нагрузить вторичку измерить чуствительным осцилографом на третей обмотке, то найдем на ней ток. „ем больше нагрузка на вторичке, тем больше получим тока на третей обмотке. —амое интересное, что частота сигнала на третей обмотке в 2 раза выше чем та, что на первичке.
    ќпит делал на различних частотах от 50 герц до сотен килогерц. –езультат тотже.

     омментарий #5
    :: јвтор јвтор: Hebrin :: ƒата 19.06.2012, 08:46 :: ћесто жительства: -- :: ICQ: --
    Hebrin

    «арегистрирован:
    --

    Ќовостей: 0
     омментариев: 0
    «вание: гость
    --------------------
    E-mail:
    That's the thikning of a creative mind

     омментарий #6
    :: јвтор јвтор: Tamer :: ƒата 2.10.2013, 15:25 :: ћесто жительства: -- :: ICQ: --
    Tamer

    «арегистрирован:
    --

    Ќовостей: 0
     омментариев: 0
    «вание: гость
    --------------------
    E-mail:
    кто с 21 школы тот лох :D

    ƒобавление комментари€

    ¬аше им€:

    ¬аш E-Mail:


    ¬ключите эту картинку дл€ отображени€ кода безопасности
    ќбновить, если не виден код


    ¬ведите результат сложени€:


      Ўкольна€ физика