第十二章 第 2 课时 理想变压器和远距离输电-2023高考物理【直击双1流】一轮复习讲义

第 2 课时 　 理想变压器和远距离输电 一、变压器 1. 构造和原理 (1) 主要构造:原线圈、副线圈和闭合铁芯,如图所示. (2) 工作原理:电流的磁效应、电磁感应的互感现象. 2. 理想变压器 (1) 理想变压器是指没有能量损失(铜损、铁损)、没有磁 通量损失(磁通量全部集中在铁芯中) 的变压器. (2) 理想变压器原、副线圈基本量间的关系: 基本量 关系 功率 P入 = P出 电压 U1 U2 = n1 n2 . 若 n1 > n2,为降压变压器;若 n1 < n2,为升压变压器 电流 只有一个副线圈时, I1 I2 = n2 n1 ; 有多个副线圈时,U1 I1 = U2 I2 + U3 I3 + … + Un In 频率 f1 = f2 (变压器不改变交流电的频率) 　 　 (3) 理想变压器各基本量间的制约关系: ① 副线圈电压 U2 由原线圈电压 U1 和原、 副线圈匝数比 n1 n2 决定; ② 原线圈的输入功率 P入由副线圈的输出功率 P出决定; ③ 原线圈电流 I1 由副线圈电流 I2 和原、副线圈匝数比 n1 n2 决定. 3. 对变压器原理的进一步理解 (1) 从能量角度看,变压器不能产生电能,它只是通过交变 磁场传输电能. (2) 对于公式 U1 U2 = n1 n2 ,无论副线圈是空载还是有负载,该 式均成立. (3) 输出电压 U2 是由输入电压 U1 和原、副线圈的匝数比 n1 n2 共同决定的,即 U2 = n2 n1 U1 . (4) 变压器的电压关系是有效值(或最大值) 间的关系. (5) 在变压器问题中,副线圈上一般都有负载接入,要注意 负载变化时对电路的影响. 各负载在副线圈上一般为并联接 入,并联负载越多,总电阻越小. (6) 变压器的输入功率随输出功率的变化而变化, 即 P入 = P出 . 若变压器负载为纯电阻 R,由于副线圈两端的电压 U2 即负载两端的电压,变压器的输出功率即负载的功率,故有 P入 = P出 = I2U2 = U22 R = ( n2 n1 ) 2 U21 R . 因此,当匝数比 n2 n1 、输入电 压 U1 一定时,输入功率就由负载 R 决定. (7) 若副线圈为空载,不仅输出、输入电流为零,输出、输入 功率也为零. (8) 变压器是利用电磁感应原理来改变电压的装置. 要产 生感应电动势,必有磁通量发生变化. 二、常见的变压器 1. 自耦变压器 自耦变压器的特点是铁芯上只绕有一个线圈. 这种变压器 既可升高电压,也可降低电压. 2. 互感器 (1) 用途:把高电压变成低电压,或把大电流变成小电流. (2) 分类:电压互感器,电流互感器. 　 　 说明:① 电压互感器属于降压变压器,电流互感器属于升压 变压器;② 使用互感器时,互感器的外壳和副线圈一定要接地. 三、远距离输电 1. 电路损失及降低损耗的方法 (1) 功率损失:设输电电流为 I,输电线的电阻为 R,则损失 的功率为 ΔP = I2R. (2) 电压损失:ΔU = IR. 可见,为了减小功率损失和电压损失,就要减小输电电流; 为了减少输电电流,同时又要提供一定的电功率就要提高输电 电压. (3) 降低损耗的两个途径: ① 减小输电线的电阻. 由电阻定律 R = ρ l S 可知,在输电 距离一定的情况下,为减小电阻,应当用电阻率小的金属材料 制造输电线. 另外,还要尽可能增加导线的横截面积. ② 减小输电导线中的电流. 由 P = IU 可知,当输送功率一 定时,提高电压可以减小输电电流. 2. 远距离输电各基本量间的关系 如图所示,远距离输电包括发电机、两台变压器、输电线、 等效电阻和负载电阻. 一般设两个变压器的原、副线圈的匝数 分别为 n1 、n1′和 n2 、n2′,相应的电压、电流、功率也应该采用相应 的符号来表示. 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 171第十二章　交变电流 　　　 56 功率之间的关系是 P1 = P1′,P2 = P2′,P1′ = Pr + P2 . 电压之间的关系是 U1 U1′ = n1 n1′ , U2 U2′ = n2 n2′ ,U1′ = Ur + U2 . 电流之间的关系是 I1 I1′ = n1′ n1 , I2 I2′ = n2′ n2 ,