Номер 2, страница 68 - гдз по физике 11 класс учебник Жилко, Маркович

2. На каком физическом явлении основан принцип действия трансформатора?

2.

Решение: Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. Суть этого явления заключается в возникновении электродвижущей силы (ЭДС) в проводящем контуре при любом изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур.

Трансформатор представляет собой устройство, состоящее как минимум из двух катушек (называемых первичной и вторичной обмотками), индуктивно связанных между собой. Чаще всего они намотаны на общий замкнутый сердечник из ферромагнитного материала, который концентрирует и усиливает магнитное поле.

Процесс работы трансформатора можно описать по шагам:

1. К первичной обмотке подключают источник переменного напряжения. Протекающий по ней переменный ток создает в сердечнике переменный магнитный поток.
2. Этот переменный магнитный поток по сердечнику доходит до вторичной обмотки и пронизывает ее витки.
3. Изменение магнитного потока, проходящего через вторичную обмотку, согласно закону электромагнитной индукции, наводит в ней переменную ЭДС индукции.

Таким образом, электрическая энергия передается из первичной цепи во вторичную без прямого электрического контакта, посредством переменного магнитного поля.

Ответ: Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции.

3.

Решение: Коэффициентом трансформации ($k$) называют физическую величину, характеризующую способность трансформатора изменять (трансформировать) напряжение.

Численно коэффициент трансформации равен отношению ЭДС, индуцируемой во вторичной обмотке ($E_2$), к ЭДС в первичной обмотке ($E_1$). Для идеального трансформатора (в котором отсутствуют потери энергии) это отношение также равно отношению числа витков во вторичной обмотке ($N_2$) к числу витков в первичной ($N_1$):

$k = \frac{E_2}{E_1} = \frac{N_2}{N_1}$

В режиме холостого хода (когда вторичная обмотка разомкнута) ЭДС на зажимах обмоток практически равны приложенным к ним напряжениям ($U_1$ и $U_2$), поэтому формулу часто записывают в виде:

$k \approx \frac{U_2}{U_1}$

В зависимости от значения коэффициента трансформации различают:

• Повышающий трансформатор: если $k > 1$ (то есть $N_2 > N_1$), то напряжение на вторичной обмотке выше, чем на первичной ($U_2 > U_1$).
• Понижающий трансформатор: если $k < 1$ (то есть $N_2 < N_1$), то напряжение на вторичной обмотке ниже, чем на первичной ($U_2 < U_1$).

Для идеального трансформатора мощность в первичной и вторичной цепях равна ($P_1 = P_2$), из чего следует, что отношение сил токов обратно отношению напряжений:

$\frac{I_1}{I_2} = \frac{U_2}{U_1} = k$

Ответ: Коэффициентом трансформации называют отношение ЭДС во вторичной обмотке к ЭДС в первичной обмотке ($k = E_2/E_1$), которое для идеального трансформатора равно отношению числа витков в этих обмотках ($k = N_2/N_1$).