. В вертикальные сообщающиеся сосуды поверх ртути (3) налиты различные жидкости. В один сосуд — столбик воды (1), а в другой — столбик спирта (2) высотой 25 см (см. рисунок). Определите высоту столбика воды, если разность уровней ртути в сосудах равна 5 см.

Трансформатор - это устройство для повышения или понижения переменного напряжения. Простейший трансформатор состоит из двух обмоток, одна из которых называется первичной, а другая - вторичной. Обмотки трансформатора расположены на общем сердечнике из электротехнической стали; обычно он изготовляется наборным из листов для уменьшения потерь на вихревые токи.

Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. Когда на первичную обмотку подается переменное напряжение, возникающий в результате этого переменный магнитный поток возбуждает во вторичной обмотке (катушке) переменное напряжение той же частоты. Однако напряжение на обмотках будет различным в зависимости от числа витков в каждой из них.

Согласно закону Фарадея, ЭДС индукции на вторичной обмотке равна

- скорость изменения магнитного потока. Напряжение U1;подаваемое на первичную обмотку, также связано со скоростью изменения магнитного потока:где n1- число витков первичной обмотки. Это следует из того, что изменяющийся магнитный поток создает в первичной обмотке ЭДС самоиндукции, равную подаваемому напряжению U1, если активным сопротивлением обмотки можно пренебречь.

Разделив эти выражения одно на другое, получим:



Это уравнение трансформатора, показывающее, как напряжение на вторичной обмотке связано с напряжением на первичной обмотке. Если n2>n1;то трансформатор повышающий, если n2 < nl, то - понижающий.

Из закона сохранения энергии следует, что выходная мощность трансформатора не может превышать его входную мощность.

Грамотно сконструированный трансформатор может иметь КПД порядка 99%; столь низки потери энергии в нем. Таким образом, выходная мощность трансформатора практически равна входной, и, поскольку мощность равна р = IU, имеем:



Трансформатор может работать только на переменном токе.

Трансформаторы играют важную роль в передаче энергии на расстояние. Электростанции часто располагаются далеко от промышленных городов, гидроэлектростанции строятся на больших реках, для атомных электростанций требуется большое количество охлаждающей воды, тепловые электростанции тоже часто строят вдали от городов, чтобы уменьшить загрязнение воздуха.

В любом случае электроэнергию часто приходится передавать на большие расстояния, и в линиях электропередачи всегда неизбежны потери энергии.

Потери энергии можно уменьшить, если использовать в линиях электропередачи высокое напряжение.

Чем выше напряжение, тем меньше сила тока, и тем меньшая доля мощности теряется в линии электропередачи.

Рассмотрим следующую задачу: поселок потребляет электрическую мощность в среднем 120 кВт от электростанции, расположенной в 10 км. Полное сопротивление линии электропередачи равно 0,40 Ом. Следует определить потери мощности при напряжении на линии: а) 240 В; б) 24 000 В.



Решение

а) Если передать мощность 120 кВт при напряжении 240 В, то сила тока в линии составит



Потери мощности в линии достигнут



Свыше 80% общей мощности будет теряться в линии выделяться в виде тепла. то] б) При U = 24 000 В,



Потери мощности составят:



Меньше 1% общей мощности будет теряться в линии, если энергию передавать высоким напряжением

Полное сопротивление цепи Zп=R+XL+XC=15+j*30-j*22=15+j*8⇒Модуль Z=√(15²+8²)=17 Ом, здесь активное сопротивление реактивное индуктивное сопротивление реактивное ёмкостное сопротивление. Реактивные сопротивления компенсируют друг друга. Сила тока I=U/Z=220/17=12,941А. Напряжение на R соcтавляет U=I*R=12,941*15=194,115 В,  напряжение на L cсоставит UL=I*XL=12,941*30=388,23 В, напряжение на ёмкости UC=I*XC=12?941*22=284?702 В. Тот факт что они больше входного напряжения означает только близость резонанса.