Главная / Методические материалы / Преподавание физики
Генерирование электрической энергии. Генератор переменного тока
Автор(ы): Рябцева Виктория Леонидовна, учитель физики
Notice: Undefined variable: content in /home/area7ru/area7.ru/docs/metodic-material.php on line 278
Цели урока:
Обучающие:
Показать преимущества электрической энергии перед другими видами энергии. Дать понятие о принципиальном устройстве генератора переменного тока. Осветить экологические проблемы, связанные с выработкой электроэнергии. Развивающая: Развитие логического мышления, профессиональной лексики.
Воспитывающая: Воспитывать самосознание и настойчивость в овладении профессией.
Оборудование:
- компьютер,
- проектор,
- источники тока – батарея карманного фонарика,
- фотоэлемент,
- модель генератора постоянного тока,
- DVD - диск «Виртуальная школа Кирилла и Мефодия»,
- проверочный тест.
Тип урока: комбинированный, время проведения 40 минут.
Литература:
- Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский. Физика-11 - М.: Просвещение, 2004г., 335с.
- Мякишев Г.Я., Синяков А.З.,Физика-11,- М.: Дрофа, 2002г.,288стр.
- Т.А.Демина, Экология, природопользование, охрана окружающей среды,- М., «Аспект Пресс», 1998г.,143с.
- DVD – диск: «Виртуальная школа Кирилла и Мефодия».
- Газета «Физика», №21, 2003г, статья «Народонаселение и энергопотребление».
Основные этапы урока:
Организационный момент (2 мин.) Актуализация опорных знаний (3-5 мин.) Изучение нового материала (15 мин.) Закрепление новой темы (5 мин.) Проверка знаний (10 мин.) Подведение итогов. (3 мин.) Ход урока
- Организационный момент
- приветствие, настрой деятельности на успех.(1 Слайд) Здравствуйте ребята, сегодня тема нашего урока «Генерирование электрической энергии. Генератор переменного тока».
Эта тема созвучна с вашей профессией, вы будите изучать ее на уроках спецтехнологии, электротехники, на классном часе «Вы будущие энергетики» мы встречались со специалистами Сургутских ГРЭС, вы успешно прошли производственную практику, и многое уже знаете. Поэтому я рассчитываю на вашу помощь, заинтересованность. Надеюсь, что сегодня вы узнаете много нового и полезного.
- Актуализация опорных знаний
– фронтальная беседа со студентами. Прежде чем мы будем говорить о производстве электрического тока, давайте вспомним:
Вопрос: Что называют электрическим током?
Ответ: Электрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц.
Вопрос: Какие вам известны источники тока?
Ответ: Аккумуляторы, батарейки и т. д.
У меня на столе всем известные источники тока: батарейка, фотоэлемент, модель индукционного генератора. Область применения каждого из перечисленных видов определяется их характеристиками. Давайте выясним, какие у них достоинства и недостатки и можно ли их применять повсеместно?
Химические источники тока: гальванические элементы; батареи аккумуляторов; ртутная батарейка, используемая в часах, калькуляторах и слуховых аппаратах, дает 1,4В; традиционная батарейка для карманного фонарика, дает 4,5 В. (демонстрация)
Достоинства – компактность, возможность использовать как автономный источник энергии.
Недостатки – небольшая энергоемкость, высокая стоимость энергии, недолговечность, проблема утилизации отходов.
Термоэлементы, фотоэлементы, солнечные батареи (демонстрация)
Достоинства – безмашинный способ получения энергии.
Недостатки – малый КПД, зависимость от погодных условий.
Преобладающую роль в наше время играют электромеханические
индукционные генераторы постоянного и переменного тока.
Практически они дают всю используемую энергию. Какие они имеют достоинства, преимущества и недостатки, нам предстоит выяснить сегодня на уроке.
- Объяснение новой темы.
Так как мы сегодня изучаем генераторы переменного тока, давайте вспомним:
Вопрос: Что такое переменный ток?
Ответ: Переменный ток можно рассматривать как вынужденное колебательное движение свободных электронов или вынужденные электромагнитные колебания силы тока и напряжения, меняющееся со временем по гармоническому закону.
Переменный ток имеет преимущество перед постоянным, потому что напряжение и силу тока можно в очень широких пределах преобразовать (трансформировать) почти без потерь, а такие преобразования необходимы во многих электро- и радиотехнических устройствах. Но особенно большая необходимость трансформации напряжения и тока возникает при передаче электроэнергии на большие расстояния. Электрическая энергия обладает преимуществом перед всеми другими видами энергии: ее можно передавать по проводам на огромные расстояния со сравнительно малыми потерями и удобно распределять между потребителями. Главное же в том, что эту энергию с помощью достаточно простых устройств легко превратить в другие формы: механическую, тепловую, световую и т.д.
(2 слайд) Запишите в тетради преимущества переменного тока.
В современной энергетике применяются индукционные генераторы переменного тока, действие которых основано на явлении электромагнитной индукции.
Вопрос: Вспомните, что такое электромагнитная индукция, и кто открыл это явление?
Ответ: Майкл Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, которое заключается в возникновении индукционного тока под действием переменного магнитного поля.
(3 слайд) После открытия этого явления многие скептики, сомневаясь, спрашивали: «Какая от этого польза?»
На что Фарадей ответил: «Какая может быть польза от новорожденного?»
Прошло немногим более половины столетия и, как сказал американский физик Р.Фейнман, «бесполезный новорожденный превратился в чудо-богатыря и изменил облик Земли так, как его гордый отец не мог себе и представить».
И этим богатырем, изменившим облик Земли, является генератор.
Генератор – это устройство, преобразующее энергию того или иного вида в электрическую энергию (запишите определение в тетрадь).
(4 слайд)
Электрический ток вырабатывается в генераторах - Откройте учебник на странице 106 рисунок 97. Давайте вместе назовем и запишем в тетради, как устроен генератор, его основные части.
- Что обозначено цифрой 1,2,3,4,5,6,7?
- Ротор, вращающаяся часть генератора, создает магнитное поле от электромашины постоянного тока.
- Статор, состоит из отдельных пластин для уменьшения нагрева от вихревых токов, пластины сделаны из электротехнической стали.
- Щетки, неподвижные пластины, прижаты к кольцам и осуществляют связь обмотки ротора с внешней цепью.
- Кольца, чтобы подводить ток к ротору и отводить из обмотки ротора во внешнюю цепь при помощи скользящих контактов.
- Турбина, сочетание турбины с генератором переменного тока называется турбогенератором.
- Станина, корпус, внутри которой размещены статор и ротор.
- Возбудитель, генератор, вырабатываемый постоянный ток, который подводят к вращающему электромагниту.
В настоящее время существуют различные модификации индукционных генераторов. Но все они состоят, из одних и тех же, частей – это магнит или электромагнит, создающий магнитное поле, и обмотка в которой индуцируется ЭДС.
Один из сердечников (обычно внутренний) вращается вокруг вертикальной или горизонтальной оси – называется ротором. Неподвижный сердечник с его обмоткой называют – статором.
(5слайд)
Обратите внимание, в данной модели генератора вращается проволочная рамка, которая является ротором, магнитное поле создает неподвижный, постоянный магнит. При движении проводника его свободные заряды движутся вместе с ним. Поэтому на заряды со стороны магнитного поля действует сила Лоренца. ЭДС индукции, следовательно, имеет магнитное происхождение.
На многих электростанциях земного шара именно сила Лоренца вызывает появление тока. ε = εm sin ωt
(6 слайд)
В больших промышленных генераторах вращается именно электромагнит, который является ротором. Обмотки, в которых наводится ЭДС, вложены в пазах статора – появление ЭДС в неподвижных обмотках статора объясняется возникновением в них вихревого электрического поля, порожденного изменением магнитного потока при вращении ротора.
Из закона электромагнитной индукции следует: ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.
Какова же должна быть скорость изменения магнитного потока, скорость вращения ротора, если в некоторых установках применяются токи в несколько килогерц и даже мегагерц? Для примера, попробуйте рассчитать скорость вращения ротора для стандартной частоты промышленного тока.
Чтобы ответить на данный вопрос, вспомните:
Вопрос: Чему равна частота промышленного тока?
Ответ: Стандартная частота промышленного переменного тока равна 50 Гц во многих странах мира, в США частота равна 60Гц, это означает, что на протяжении 1 с. ток 50 раз течет в одну сторону и 50 раз в противоположную.
-Тогда сколько колебаний будет происходить в 1 минуту?
Умножим на 60 сек. получается 3000 об/мин. Такая скорость нереальна и чтобы уменьшить скорость вращения, используют многополюсный магнит.
Частота наводимой ЭДС определяется формулой ν = p*n,
где р – число пар полюсов индуктора, n – частота вращен...
ВНИМАНИЕ!
Текст просматриваемого вами методического материала урезан на треть (33%)!
Чтобы просматривать этот и другие тексты полностью, авторизуйтесь на сайте:
|
|
Добавлено: 2010.11.22 | Просмотров: 3988
При использовании материалов сайта, активная ссылка на AREA7.RU обязательна!
|
