Конспект урока "Переменный электрический ток"

Деятельность учителя

Деятельность учащихся

1. Организационный момент

Учитель проверяет готовность учащихся к занятию, отмечает отсутствующих

2. Проверка (актуализация) знаний

Проводится в форме физического диктанта

Вопросы:

Ответы:

1. Кто открыл явление электромагнитной индукции?

Явление электромагнитной индукции открыл М. Фарадей

2. Что понимается под индукционным током?

Индукционный ток представляет собой упорядоченное движение электронов, которое возникает под действием магнитной индукции

3. За счет чего возникал индукционный ток во всех рассмотренных нами на прошлом уроке опытах?

Индукционный ток возникал за счет изменения магнитного потока, пронизывающего охваченную проводником площадь

4. Какие факторы вызывают изменение магнитного потока?

Изменение магнитного потока происходит за счет изменения модуля вектора магнитной индукции, площади контура и его ориентации по отношению к линиям магнитной индукции

5. В чем заключается сущность явления электромагнитной индукции?

При всяком изменении магнитного потока, пронизывающего контур замкнутого проводника, в этом проводнике течет ток, существующий в течение всего процесса изменения магнитного потока

6. Выводы катушки из медного провода присоединены к гальванометру. В каком их опытов гальванометр обнаружит возникновение индукционного тока?

1) в катушку вставляется постоянный магнит;

2) из катушки вынимается постоянный магнит;

3) постоянный магнит вращается вокруг своей оси внутри катушки

В случаях 1), 2)

3. Изучение нового материала

(учитель рассказывает материал, и на нужном этапе показывает презентацию)

Ребята, на прошлом занятии мы с вами познакомились с очень важным явлением – явлением электромагнитной индукции. Оно легло в основу создания мощных генераторов электрического тока.

Записываем в тетрадях сегодняшнее число и тему нашего урока: «Получение переменного тока» (учащиеся записывают тему в тетради) (показывает слайд с изображением плана занятия).

Ребята, зафиксируйте, пожалуйста, в тетради план нашего занятия.

План:

1. Первые генераторы

2. Современные генераторы

а) виды;

б) устройство.

3. Использование электрической энергии

Итак, рассмотрим первый пункт плана «Первые генераторы» (показывает слайды с изображением первых генераторов)

Первый генератор электрического тока, основанный на явлении электромагнитной индукции, был построен в 1832 г. парижским техниками братьями Пиксни.

Этим генератором было сложно пользоваться, так как приходилось вращать тяжелый постоянный магнит, чтобы в двух проволочных катушках, укрепленных неподвижно вблизи его полюсов, возникал переменный электрический ток.

Стремясь повысить мощность электрических машин, изобретатели увеличивали число магнитов и катушек. Одной из таких машин, построенных в 1843 году, был генератор Эмиля Штерера. У этой машины было три мощных неподвижных магнита и шесть катушек, вращавшихся от руки вокруг вертикальной оси. Таким образом, на первом этапе развития электромагнитных генераторов тока для получения магнитного поля применяли постоянные магниты.

На втором этапе создавались генераторы, у которых для увеличения мощности постоянные магниты были заменены электромагнитами. Их обмотки питались током от самостоятельного небольшого генератора тока с постоянными магнитами. Одна из таких машин, изобретенная Генри Уальдом в 1863 году изображена на слайде. (показ слайда), где 1 – постоянные магниты, 2 – электромагниты.

При работе машин такого типа выяснилось, что они, снабжая электроэнергией потребителя могут одновременно питать током и собственные электроприемники. Оказалось, что сердечники электромагнитов сохраняют остаточный магнетизм и после того, как ток был выключен. Благодаря этому, генератор с самовозбуждением дает ток и тогда, когда его запускают из состояния покоя.

В 1870 г. бельгиец Зеноб Грамм, работавший во франции, создал генератор, получивший широкое распространение в промышленности. В своей динамо-машине он использовал принцип самовозбуждения и усовершенствовал кольцевой якорь. В одной из первых машин Грамма кольцевой якорь, укрепленный на горизонтальном валу, вращался между полюсными наконечниками двух электромагнитов. Якорь приводился в движение через приводной шкив, обмотки электромагнитов были включены последовательно с обмоткой якоря. Генератор Грамма давал постоянный ток, который отводился с помощью металлических щеток. Конструкция Грамма дошла до наших дней с очень небольшими изменениями.

Теперь переходим ко второму пункту плана. В настоящее время имеется много типов индукционных генераторов. К ним относятся гальванические элементы, электростатические машины, термобатареи, солнечные батареи и т.д.

Посмотрите на внешний вид современных генераторов (учитель показывает слайд с современными генераторами).

Преобладающую роль в наше время играют электромеханические генераторы переменного тока. В них механическая энергия преобразуется в электрическую. Их действие основано на явлении электромагнитной индукции. Рассмотрим устройство таких генераторов. Неподвижная часть генератора называется статором, а вращающаяся – ротором. В мощных промышленных генераторах вместо постоянного магнита используется электромагнит (учитель показывает слайды с изображением частей генератора).

Обратите внимание на то, как устроен статор. Он представляет собой стальную станину цилиндрической формы (станина – несущая часть машины, на которой монтируются различные рабочие узлы, механизмы). Во внутренней его части прорезаются пазы, в которые укладывается толстый медный провод. На рисунке вы видите только один виток провода, на самом деле таких витков в статоре много. Именно в них индуцируется переменный ток.

Магнитное поле создается ротором. Он представляет собой электромагнит: на стальной сердечник сложной формы надета обмотка, по которой протекает постоянный электрический ток. Ток к этой обмотке подводится через щетки и кольца от постороннего источника тока.

На следующей слайде вы видите полную схему генератора переменного тока. Пунктиром показано примерное расположение линий индукции магнитного поля ротора. При вращении ротора какой-либо внешней механической силой создаваемое им магнитное поле тоже вращается. При этом магнитный поток, пронизывающий витки обмотки статора, периодически меняется, в результате чего в них индуцируется переменный ток.

На тепловых электростанциях ротор генератора вращается с помощью паровой турбины, на гидроэлектростанциях – с помощью водяной турбины.

На следующем слайде изображен внешний вид мощного гидрогенератора, а также схематично показано его устройство, где 1 – статор, 2 – ротор, 3 – водяная турбина.

Мы видим, что ротор гидрогенератора имеет не одну, а несколько пар полюсов. Чем больше пар полюсов, тем больше частота переменного электрического тока, вырабатываемого генератором при данной скорости вращения ротора. Так как скорость вращения водяных турбин невелика, то для создания тока стандартной частоты используют многополюсные гидрогенераторы.

Перейдем теперь к последнему пункту плана.

Промышленность потребляет 70% всей электроэнергии, производимой в нашей стране. Существует 3 типа электростанций: тепловые, гидроэлектростанции, атомные. На тепловых электростанциях (обратите внимание на фотографии на слайдах) источником электроэнергии служит топливо – нефть, газ, уголь. КПД ТЭС=40%. ТЭЦ отличается от ТЭС тем, что отработанный пар не выбрасывается в атмосферу, а используется в промышленности для бытовых нужд. КПД ТЭЦ=60…70%, а источником энергии является потенциальная энергия воды, поднятой плотиной.

Мощные электростанции вырабатывают электроэнергию при переменном напряжении от 16 до 20 киловольт, при частоте тока 50 Гц. Это стандартная частота тока в России.

4. Первичное закрепление изученного материала

(проводится в форме фронтальной работы с классом)

Вопросы:

Ответы:

1. Какие первые генераторы вы знаете?

Генератор Эмиля Штерера, генератор Генри Уальда, генератор Зеноба Грамма

2. Что называется генератором переменного тока?

Генератор – устройство, преобразующее энергию того или иного вида в электрическую

3. Какое явление лежит в основе работы генераторов?

Явление электромагнитной индукции лежит в основе работы генераторов

4. Раскройте сущность данного явления

При всяком изменении магнитного потока, пронизывающего контур замкнутого проводника, в проводнике течет индукционный ток, который существует в нем всё время, в течении которого изменяется магнитный поток

5. Назовите две основные детали любого генератора

Две основные детали – это ротор (магнит) и статор (цилиндрическая станина)

6. С помощью чего вращается ротор генератора на гидроэлектростанциях?

Ротор генератора вращается с помощью водяной турбины

7. Назовите 3 основных вида электростанций

Три основных вида электростанций: тепловые, гидроэлектростанции, атомные

8. Назовите стандартную частоту переменного тока в России

В России стандартная частота переменного тока – 50 Гц

9. Что служит источником энергии на тепловых электростанциях?

На тепловых электростанциях источником энергии является топливо: Уголь, газ, нефть

10 Назовите основное отличие ТЭЦ от ТЭС

ТЭЦ отличается от ТЭС тем, что отработанный пар не выбрасывается в атмосферу, а используется в промышленности для бытовых нужд

Упражнение 140 (1)

Электростанции России вырабатывают переменный ток частотой 50 Гц. Определите период этого тока.

Ответ: Т = 0,02 с.

№2

Период тока сети равен 0,017 с. Определите, чему равна частота переменного тока?

Ответ: ν = 60 Гц.