Номер 5, страница 63 - гдз по физике 11 класс учебник Жилко, Маркович

5. Для чего применяется генератор переменного тока?

5.

Решение

Генератор переменного тока — это электрическая машина, которая преобразует механическую энергию в электрическую энергию в виде переменного тока. Его основное и самое важное применение — производство практически всей электроэнергии, потребляемой в мире.

Широкое распространение генераторов переменного тока обусловлено несколькими ключевыми преимуществами переменного тока перед постоянным:

1. Простота трансформации напряжения. Переменный ток позволяет очень легко и с высоким КПД изменять напряжение с помощью трансформаторов. Это свойство имеет решающее значение для передачи электроэнергии на большие расстояния. На электростанциях напряжение повышают до сотен тысяч вольт, что позволяет передавать большую мощность при малом токе. Согласно закону Джоуля-Ленца, тепловые потери в проводах пропорциональны квадрату тока ($P_{потерь} = I^2 \cdot R$), поэтому уменьшение тока многократно снижает потери. У конечного потребителя напряжение с помощью понижающих трансформаторов доводится до безопасных и стандартных значений (например, 220/380 В).

2. Надежность и простота электродвигателей. Асинхронные двигатели переменного тока, которые являются самыми распространенными в промышленности и быту, имеют очень простую и надежную конструкцию (особенно по сравнению с двигателями постоянного тока), не требуют сложного обслуживания и обладают высоким ресурсом.

3. Надежность самих генераторов. Конструкция генераторов переменного тока (синхронных машин) также хорошо отработана, они эффективны и надежны в эксплуатации.

Исходя из этого, можно выделить следующие основные сферы применения генераторов переменного тока:

Электростанции. Это основная область применения. Мощные турбогенераторы (на ТЭС и АЭС) и гидрогенераторы (на ГЭС) вырабатывают электроэнергию, которая затем поступает в единую энергосистему и распределяется по потребителям.

Автономное и резервное электроснабжение. Портативные бензиновые и дизельные генераторы используются для обеспечения электроэнергией строительных площадок, удаленных объектов, а также в качестве резервного источника питания для домов, больниц, предприятий при отключении центральной сети.

Транспорт. В автомобилях установлен генератор переменного тока (называемый альтернатором), который во время работы двигателя вырабатывает ток для питания электрооборудования и зарядки аккумулятора. Переменный ток от генератора предварительно преобразуется в постоянный с помощью встроенного выпрямителя. Мощные генераторы также применяются на кораблях, тепловозах и самолетах.

Возобновляемая энергетика. В ветряных турбинах (ветрогенераторах) и малых гидроэлектростанциях механическая энергия вращения лопастей или турбины преобразуется в электрическую энергию переменного тока.

Ответ: Генератор переменного тока применяется для преобразования механической энергии в электрическую. Это основной способ производства электроэнергии в мировых масштабах на всех типах электростанций (тепловых, атомных, гидравлических). Его использование обусловлено ключевым преимуществом переменного тока — возможностью легко изменять напряжение с помощью трансформаторов, что необходимо для эффективной передачи энергии на большие расстояния с минимальными потерями. Также генераторы переменного тока применяются в транспорте (автомобильные альтернаторы), в системах автономного и резервного питания и в возобновляемой энергетике (ветрогенераторы).