Lekcja 4.
advertisement
Transformacja wiedzy przyrodniczej na poziom kształcenia szkolnego – projekt realizowany w ramach Funduszu Innowacji Dydaktycznych Uniwersytetu Warszawskiego. PROF. DR HAB. JAN MOSTOWSKI INSTYTUT FIZYKI PAN Lekcja 4. Energia elektryczna – skąd ją bierzemy i na jakie inne formy zamieniamy? Energia elektryczna może być zamieniana na energię: silnik, elektromagnes • Mechaniczną płytka grzewcza, żelazko, „słoneczko” • Termiczną • Świetlną • Chemiczną świetlówka, laser, dioda ładowarka akumulatora • Fali elektromagnetycznej kuchenka mikrofalowa, telefon komórkowy Jak działa silnik elektryczny Wykorzystywana idea: istnienie siły działającej na przewodnik z prądem, umieszczony w polu magnetycznym. pole magnetyczne wektor siły działającej na przewodnik przewodnik z prądem http://www.youtube.com/watch?v=Xi7o8cMPI0E&feature=fvw Energia elektryczna – najbardziej użyteczna forma energii Skąd czerpiemy energię elektryczną? • Źródła napięcia stałego: – ogniwa chemiczne, akumulatory – fotoogniwa – zasilacze • Źródła napięcia przemiennego: – „gniazdko” elektryczne w domu – dynamo rowerowe – alternator samochodowy Co to znaczy napięcie przemienne? • Napięcie zmienia okresowo polaryzację, czyli raz jest + z prawej strony zasilanego obwodu, za chwilę z lewej. Tak jakbyśmy stale odwracali ogniwo. • Prąd wywołany takim napięciem raz płynie w jedną stronę, raz w drugą. Co to znaczy napięcie przemienne? _ + • Napięcie zmienia okresowo polaryzację, czyli raz jest + z prawej strony zasilanego obwodu, za chwilę z lewej. Tak jakbyśmy stale odwracali bateryjkę. • Prąd wywołany takim napięciem raz płynie w jedną stronę, raz w drugą. Co to znaczy napięcie przemienne? + _ • Napięcie zmienia okresowo polaryzację, czyli raz jest + z prawej strony zasilanego obwodu, za chwilę z lewej. Tak jakbyśmy stale odwracali bateryjkę. • Prąd wywołany takim napięciem raz płynie w jedną stronę, raz w drugą. Co to znaczy napięcie przemienne? Pod wpływem napięcia przemiennego elektrony w obwodzie drgają harmonicznie. Częstotliwość tych drgań jest równa częstotliwości zmian napięcia i wynosi 50 Hz (w standardzie europejskim). Napięciem przemiennym, podobnie jak stałym, można zasilać różne urządzenia uzyskując różne rodzaje energii Udało się nawet skonstruować silnik zasilany napięciem przemiennym! • Ładowanie akumulatora wymaga napięcia o stałej polaryzacji (kierunku). • Prostownik jest urządzeniem, które przekształca napięcie przemienne w napięcie stałe. • Często, gdy zasilamy prostownik napięciem sieciowym 230 V wymagane jest obniżenie napięcia i wtedy stosujemy transformator. Zasilacz = transformator + prostownik Ładowarka akumulatora = transformator + prostownik Jak wytwarzane jest napięcie przemienne? czyli: co się dzieje w elektrowni? Turbina parowa Turbina wiatrowa obraca wirnik prądnicy Turbina wodna U.S. Nuclear Regulatory Commission - image of a modern steam turbine generator http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_generator Jakie zjawisko powoduje wytworzenie napięcia przemiennego? - Wytwarzanie prądu (indukcyjnego) w obwodzie zamkniętym wywołane jest zmianą strumienia pola magnetycznego przechodzącego przez ten obwód. Strumień pola magnetycznego Strumień pola magnetycznego, przechodzącego przez powierzchnię, rozpiętą na czerwonej ramce jest w tym przypadku równy zero. Pole magnetyczne jest równoległe do tej powierzchni. Wektory pola nie przebijają tej powierzchni. Strumień pola magnetycznego Przy takim ustawieniu powierzchni strumień pola magnetycznego jest największy. Najwięcej pola magnetycznego przechodzi przez powierzchnię ograniczoną ramką. Strumień pola magnetycznego Przy takim ustawieniu ramki strumień pola magnetycznego jest pośredni – niezerowy, ale mniejszy niż maksymalny. Obracanie ramką w polu magnetycznym, jak to było uwidocznione na rysunkach, powoduje że strumień pola magnetycznego zmienia się w czasie. Wtedy w obracanej ramce popłynie prąd indukcyjny – jest on wywołany przez zmianę strumienia pola magnetycznego. I będzie to właśnie prąd przemienny, a urządzenie za pomocą którego go uzyskujemy, nazywa się prądnicą lub generatorem prądu przemiennego. Zasada działania prądnicy - symulacja Zastosowanie prądnicy samochodowej alternatora Generator do elektrowni wiatrowej 1,5 kW (120 obr/min) Film 1. Film 2. Na zakończenie... powtórka Silnik i prądnica Transformacja wiedzy przyrodniczej na poziom kształcenia szkolnego – projekt realizowany w ramach Funduszu Innowacji Dydaktycznych Uniwersytetu Warszawskiego.
