Трансформатор. Электр энергиясын өндіру, жеткізу және пайдалану - Физика, 11 сынып, 13 - сабақ

Сабақтың мақсаты:

1. Білімділік мақсаты: Оқушы білімін, іскерлігін, дағды деңгейін бақылау, бағалау. Трансформатормен электр энергиясын өндіру, жеткізу және пайдалануды  таныстырып солар жайлы түсінік қалыптастыру.
2. Дамытушылық мақсаты: Оқушылардың білім деңгейін және білім мазмұнының тұрақтылығы мен оны игерудегі іскерлік пен дағдыны бақылау.
3. Тәрбиелік мақсаты: Адамгершілікке, ұқыптылыққа, алғырлыққа, отансүйгіштікке, табиғатты аялауға, сыйластық пен әдептілікке баулу.

Сабақтың түрі:жаңа білімді қалыптастыру, жалпылау
Сабақтың әдіс-тәсілдері:  Әңгіме, лекция, дискуссия, кітаппен жұмыс.
Сабақтың көрнекіліктері: плакаттар, суреттер, 
Сабақтың барысы:

І. ДК. Ұйымдастыру кезеңі:  

1. Сәлемдесу;
2. Оқушыларды түгендеу;
3. Сынып болмесінің тазалығын тексеру;
4. Оқушылардың сабаққа дайындығын тексеру (жұмыс орны, отырыстары, сыртқы түрлері);
5. Оқушылардың назарын сабаққа аудару.

ІІ. ДК. Үй тапсырмасын тексеру, қайталау.
А) теориялық білімдерін тексеру.
Ә) практикалық тапсырмаларын тексеру.
Б) есептерін тексеру.

ІІІ.ДК Білімді жан-жақты тексеру./ ІV. ДК. Жаңа материалды қабылдауға әзірлік, мақсат қою.  
Бүгінгі негізгі мақсатымыз оқулық бойынша Трансформатормен электр энергиясын өндіру, жеткізу және пайдаланумен танысамыз.

1. Айнымалы ток генераторы қандай негізгі бөліктерден тұрады?
2. Генератордың жұмысында ротор мен статор қандай рөл атқарады?
3. Көп полюсті айнымалы ток генераторының қандай артықшылықтары бар?
4. Тұрақты ток генераторының коллекторы қандай рөл атқарады?
5. Лүпілдеуші ток деп нені айтады?
6. Лүпілдеуші токтың жаймасын қалай алуға болады?
7. Электрқозғалтқыш қалай жұмыс істейді?

V. ДК.Жаңа материалды меңгерту: 


1. Трансформатордың жұмыс істеу принциптері.
Егер энергияны шығынсыз дерлік түрлендіру мүмкін болмаса, онда электр тоғы ешуакытта да дәл осындай кең қолданыс таппаған болар еді. Трансформаторлардың атқаратын қызметі. Электр станцияларындағы қуатты генераторлардың ЭҚК-і, әдетте едәуір үлкен. Ал бірақ іс жүзінде көбінесе онша үлкен емес кернеулер керек. Айнымалы тоқты, кернеуді бірнеше есе артгырьш немесе кемітіп, ал куатгы іс жүзінде шығыңдатпай түрлендіру трансформатордың көмегімен іске асырылады. Алғаш трансформаторды орыс ғалымы П.Н.Яблочков өзі ойлап тапқан "электр шамдарын" - ол кездегі жаңа жарық көзін - қоректендіру үшін 1878 жылы пайдаланған еді.


Трансформатордың құрылысы. Транс­форматор түйық болат өзектен тұрады да, оған сым орамнан тұратын екі (кейде одан көбірек) катушка кигізіледі (1-сурет). Орамалардың біреуі, бірінші реттік орама делінетін, айнымалы кернеу козіне тіркеледі. Екінші реттік орама деп аталатын орамаға "жүктеме", яғни электр энергиясын тұтынатын аспаттар мен құрылғылар қосылады. Трансформатордың шартты белгіленуі 2-суретге келтірілген.

2. Жүктемесіз трансформатор.
Транс­форматор қызметі электромагниттік қызметі электромагниттік индукция құбылысына негізделген. Айнымалы тоқ бірінші реттік орамамен жүргенде, езекте айнымалы магнит ағыны пайда болады, бұл әрбір орамда иңдукциянъщ ЭҚК-ін қоздырады. Трансформаторлық болаттан істелген озек магнит ағынын тек өз бойында болатындай етіп жинақтайды және ол оның барлық қималарында бірдей болады. Бірінші реттік немесе екінші реттік ораманың кез келген орамында индукция ЭҚК-інің  лездік мәні бірдей. Фарадей заңы бойынша ол мына формуламен анықталады: (1) мүндағы Ф' - магнит индукциясы ағынының уақыт бойынша туындысы. Егер  болса, онда (2) 
Ендеше немесе     (3)мұндағы бір орамадағы ЭҚК-інің амплитудасы. Бірінші реттік орамада N₁ орам бар десек, онда е₁ иңдукцияның ЭҚК-і N₁e-ге тең. Екішпі реттік орамадағы e₂ толық ЭҚК-і N₂e-ге тең (мұндағы N₂-ге   осы ораманың орам саны). Осыдан мынаған келеміз: (4) Тегінде трансформатор орамдарының актив кедергісі аз, оны елемеуге болады. Бүл жағдайда катушканың қысқыштарындағы кернеудің модулі шамамен индукцияның ЭҚК-і модуліне тең:
(5)
Трансформатордың екінші реттік орамасы ажыратулы кезінде онымен тоқ жүрмейді де, мына қатыс орынды болып шығады:
(6)
Электр қозғаушы  күштердің  e₁ және e₂   лездік  мәндері  синфазалы   өзгереді (максимумға бір уақытта  өтеді).  Сондықтан олардың  формуладағы   қатынасын, осы ЭҚК-тердің, және әсерлік мәндері синфазалы өзгереді (максимумға бір уақытта жетеді E₁ және E₂ нөлден бір уакытта өтеді). Сондықтан олардың (4) формуладағы қатынасын, осы ЭҚК-тердің  U₁ және U₂ әсерлік мәндерінің катынасымен немесе (5) және (6) теңдіктерді ескере келіп, кернеулердің  және   әсерлік мәндерінің қатынасымен алмастыруға болады:
(7)
К шамасы трансформация коэффициенті деп аталады. К>1 болғанда трансформатор төмендеткіш, ал К<1 болғанда - жоғарылатқыш болады.
3. Жүктемелі трансформатор.
Екінші реттік ораманың ұштарына электр энергиясын тұтынатын тізбекті қосса (немесе трансформаторға "жүк арту" деп те атайды), екінші реттік орамадағы тоқ күші енді нөлге тең болмайды. Пайда болған тоқ өзек ішінде өзінің айнымалы магнит ағының туғызады да, бұл Ленц ережесі бойынша өзек ішіндегі магнит ағынының өзгерісін кемітуі керек.
Бірақ қорытқы магнит ағынының тербеліс амплитудасының кемуі өз кезе-гінде бірінше ретгік орамадағы индукция ЭҚК-ін кемітеді. Олай болуы мүмкін емес, өйткені (5) бойынша . Сондықтан екінші реттік ораманың тізбегін тұйықтағанда автоматты түрде бірінші реттік орамадағы тоқ күші артады. Оның амплитудасы қорытқы магнит ағынының тербеліс амплитудасын бұрынғы мәніне жеткізгенше өседі.
Бірінші реттік орама тізбегінде тоқ күшінің артуы энергияның сақталу заңына сәйкес істеледі: трансформатордың екінші реттік орамасына жалғанған тізбекке энергияның берілуі бірінші реттік ораманың желіден дәл сондай энергия алуымен катар жүреді. Трансформатор өзінің арналған мәніне дейін жүктелген кезде бірінші реттік тізбектегі қуат екінші реттік тізбектегі қуатқа шамалас болуы керек: (1)
Осыдан енді  (2)
Бұл транфсорматордың көмегімен кернеуді бірнеше есе арттыра отырып, біз тоқ күшін сонша есе кемітеміз (және керісінше) деген сөз.
Қазіргі қуатты трансформаторларда энергияның жиынтық шығыны 2-3%-тен аспайды.
Трансформатор айнымалы электр тоғын, тоқ күшінің кернеуге көбейтіндісін бірінші реттік және екінші реттік орамаларда шамамен бірдей болатындай етіп түрлендіреді.
4. Трансформация коэффициенті.
VІ. ДК. Оқытылып отырған  оқу материалын қабылдаудағы оқушы түсінігін тексеру.
§2.10, 2.11. дайындық сұрақтарын талдау.

1. Трансформатор қандай мақсаттарда қолданылады?
2. Трансформатордың жұмыс істеу принципін түсіндіріңдер.
3. Трансформация коэффициенті деп нені айтамыз?
4. Төмендеткіш деп қандай трансформаторды айтады?
5. Электр желісіндегі энергия шығынын азайтудың қандай жолдары бар?
6. Неге жоғары вольтты электр желісі қолданылады?

VІІ. ДК. Оқытылып отырған оқу материалын бекіту немесе дағдыландыру жұмыстарын жүргізу.

1. Есептер шығарту: (2.10.1; 2.10.2; 2.10.3; 2.11.1; 2.11.2)

VIІI.ДК. Бағалау. Үй тапсырмасын беру: §2.10, 2.11. Есептер: (2.10.4; 2.10.5; 2.10.6; 2.11.3;)