Відповіді до підручника: Стр.116

§ 19. Досліджуємо електрогенератори

ДУМАЙ 5

Під час передачі потужності P втрати на нагрів дротів пропорційні I²R, а I = P/U, тому за великої напруги U струм I менший і втрати I²R різко зменшуються, можна використовувати тонші й дешевші проводи. Біля споживачів напругу знижують трансформаторами до 220–240 В, бо така напруга безпечніша для людей і відповідає роботі побутових приладів.

ДУМАЙ 6

У генератора змінного струму вихідні обмотки з’єднані з двома суцільними ковзними кільцями, тому на виході отримуємо змінний струм без випрямлення. У генератора постійного струму на валу стоїть колектор (розрізане кільце), який під час обертання автоматично перемикає з’єднання з щітками так, що зовнішній струм тече лише в одному напрямі.

ДУМАЙ 7

Велосипедне динамо створює змінний струм, але світлодіоди та акумулятори фари розраховані на живлення постійним струмом. Тому вихідний змінний струм пропускають через випрямляч (колектор або діоди), щоб одержати постійний струм без мерехтіння і для коректної роботи електроніки.

ДІЙ 1

Ліхтарик можна зробити інерційним або динамо‑типу: у корпусі розмістити котушку з великою кількістю витків дроту й рухомий постійний магніт (або маленький генератор на осі колеса/маховика). Під час струшування ліхтарика або обертання ручки магніт рухається відносно котушки, у ній за електромагнітною індукцією виникає змінний струм, який через діодний міст випрямляють і подають на конденсатор (або акумулятор), а від нього — на світлодіод. Так ліхтарик живиться від механічної енергії рук і не потребує батарейок.

ДІЙ 2

Потрібне відео. Редактор має додати відповідь після перегляду запису.
Для виконання цього завдання потрібно відкрити віртуальну лабораторну роботу 19.1 (онлайн‑симуляцію або відеолабораторію), яку в підручнику позначено значком, і виконати наведені там інструкції та вимірювання. Без доступу до цієї симуляції неможливо навести конкретні результати досліду.

Опрацюй інформацію 1

1. Індукційна плита:

• Зміна магнітного поля: у котушці під поверхнею плити, коли по ній проходить змінний струм.
• Де індукується струм: у дні металевого посуду.
• Користь: індукційний струм нагріває каструлю/сковороду, готують їжу з високим ККД.

1. Зарядний пристрій для смартфона з бездротовою зарядкою:

• Зміна магнітного поля: у передавальній котушці в базі зарядки, коли через неї тече змінний струм.
• Де індукується струм: у приймальній котушці всередині телефона.
• Користь: з’являється струм для заряджання акумулятора без прямого електричного контакту.

1. Автомобільний генератор:

• Зміна магнітного поля: обертовий ротор з електромагнітом змінює магнітний потік крізь обмотки статора.
• Де індукується струм: в обмотках статора генератора.
• Користь: виробляється електроенергія для заряджання акумулятора і живлення всіх електросистем авто.

Опрацюй інформацію 2

1. 1831 р.: М. Фарадей відкрив явище електромагнітної індукції в дослідах з котушками та залізним кільцем, показавши, що змінне магнітне поле створює електричний струм у контурі.
2. Кінець XIX ст.: на основі цього принципу були створені перші динамо‑машини й промислові генератори, у яких обертовий магніт або обмотка в магнітному полі індукували струм для живлення освітлення й перших електричних мереж.
3. Сучасність: ідеї Фарадея реалізуються у великих турбогенераторах на ТЕС, АЕС, ГЕС, у вітрових і гідрогенераторах, а також у компактних автомобільних і портативних генераторах, які так само перетворюють механічну енергію на електричну за рахунок електромагнітної індукції.

Опрацюй інформацію 3

Приклад: вітровий генератор.
Коротке повідомлення. Вітрові генератори встановлюють на вітрових електростанціях та інколи біля приватних будинків у місцях із сильними вітрами. Обертання лопатей вітротурбіни приводить у рух ротор генератора, у статорі індукується змінний струм. Цей змінний струм далі трансформують і часто випрямляють для подачі в електромережу або заряджання акумуляторів. Відбувається перетворення кінетичної енергії вітру на електричну енергію.
Можливі запитання до інженера:

1. Яку максимальну потужність може виробляти одна вітрова турбіна?
2. Яка мінімальна швидкість вітру потрібна для запуску генератора і при якій швидкості його доводиться зупиняти з міркувань безпеки?
3. Як захищають генератор і лопаті від грози, обмерзання та перевантажень?
4. Який строк служби генератора і які вузли найчастіше потребують ремонту?
5. Які технології допомагають підвищити ККД вітрової електроустановки?

Опрацюй інформацію 4

AC (Alternating Current) означає змінний струм, DC (Direct Current) — постійний струм. У «війні струмів» наприкінці XIX ст. між системами Едісона (DC) і Вестінгауза з Тесли (AC) перемогла система змінного струму, бо його напругу легко трансформувати, що дозволяє ефективно передавати електроенергію на великі відстані з малими втратами; тому електромережі сьогодні переважно зміннострумові, а постійний струм використовують локально (акумулятори, електроніка).