8-й класс онлайн читать: 2023 Физика Перышкин Учебник §62 (Передача электрической энергии). Цитаты из пособия «Перышкин, Иванов: Физика. 8 класс. Базовый уровень. Учебник (3-е изд.) ФГОС» использованы в учебных целях для семейного и домашнего обучения, а также для дистанционного обучения в период невозможности посещения образовательного учреждения.
Вернуться в ОГЛАВЛЕНИЕ учебника
§ 62. Передача электрической энергии
Вопросы на стр.226
- По какому физическому закону можно определить потери электроэнергии в ЛЭП и за счёт чего их можно уменьшить?
- Для чего при уменьшении силы тока во столько же раз повышают его напряжение перед подачей в ЛЭП?
- Расскажите об устройстве, принципе действия и применении трансформатора.
- Как осуществляется передача электроэнергии от электростанции к потребителю?
ОТВЕТЫ на вопросы параграфа
№ 1. По какому физическому закону можно определить потери электроэнергии в ЛЭП и за счёт чего их можно уменьшить?
ОТВЕТ: Потери электроэнергии в ЛЭП определяются по закону Джоуля—Ленца: Q = I2Rt, где Q — количество теплоты (потери энергии), I — сила тока, R — сопротивление проводов, t — время.
Уменьшить потери можно двумя способами:
-
Уменьшение сопротивления проводов (R):
-
Использование материалов с малым удельным сопротивлением (медь, алюминий).
-
Увеличение площади поперечного сечения проводов (но это экономически невыгодно).
-
-
Уменьшение силы тока (I):
-
Поскольку потери зависят от квадрата силы тока, этот способ более эффективен.
-
Для сохранения передаваемой мощности (P=UI) напряжение (U) увеличивают во столько же раз, насколько уменьшают силу тока.
-
№ 2. Для чего при уменьшении силы тока во столько же раз повышают его напряжение перед подачей в ЛЭП?
ОТВЕТ: При уменьшении силы тока во столько же раз повышают напряжение, чтобы сохранить передаваемую мощность. Это следует из формулы: P = UI. Если сила тока уменьшается, а мощность должна остаться неизменной, напряжение необходимо увеличить.
Пример: Если силу тока уменьшить в 10 раз, а напряжение увеличить в 10 раз, мощность останется прежней, но потери на нагревание проводов (Q = I2Rt) уменьшатся в 100 раз.
№ 3. Расскажите об устройстве, принципе действия и применении трансформатора.
ОТВЕТ: Устройство трансформатора: Состоит из двух обмоток (первичной и вторичной), намотанных на общий сердечник из ферромагнитного материала. Число витков в обмотках может быть разным ( и ).
Принцип действия:
-
Основан на явлении электромагнитной индукции.
-
Переменный ток в первичной обмотке создаёт переменный магнитный поток, который индуцирует напряжение во вторичной обмотке.
-
Напряжение на обмотках связано соотношением:
Применение трансформаторов:
— В ЛЭП: для повышения напряжения перед передачей и понижения перед подачей потребителям.
— В быту: Зарядные устройства (понижение напряжения с 220 В до 5,5 В); телевизоры (разные напряжения для узлов).
№ 4. Как осуществляется передача электроэнергии от электростанции к потребителю?
-
Генерация:
-
Электростанция вырабатывает переменный ток с напряжением до 25 кВ.
-
-
Повышение напряжения:
-
Ток подаётся на повышающую трансформаторную подстанцию, где напряжение увеличивается до сотен киловольт (например, 750 кВ).
-
-
Передача по ЛЭП:
-
Электроэнергия передаётся по высоковольтным линиям с малыми потерями.
-
-
Понижение напряжения:
-
На понижающих трансформаторных подстанциях напряжение последовательно уменьшается до 380 В или 220 В.
-
-
Распределение:
-
Электроэнергия подаётся на предприятия и в жилые дома.
-
Пример схемы: Электростанция → Повышающий трансформатор → ЛЭП → Понижающие трансформаторы → Потребители.
Это любопытно…
❓ Высоковольтные ЛЭП постоянного тока позволяют передавать электроэнергию с меньшими потерями, чем ЛЭП переменного тока. Как вы думаете, с чем связано повсеместное применение именно ЛЭП переменного тока?
ОТВЕТ: Повсеместное применение ЛЭП переменного тока (ЛЭП ПТ) вместо высоковольтных ЛЭП постоянного тока (ЛЭП ПСТ) связано с рядом технических, экономических и исторических причин:
1. Простота преобразования напряжения
— Переменный ток легко преобразуется с помощью трансформаторов, что критически важно для передачи электроэнергии на большие расстояния.
— Для постоянного тока преобразование напряжения требует сложных и дорогих устройств (например, инверторов и выпрямителей на основе силовой электроники), которые стали доступны лишь в последние десятилетия.
2. Гибкость распределения энергии
— Сети переменного тока позволяют легко создавать разветвлённые системы с множеством потребителей и генераторов.
— В сетях постоянного тока такие решения сложнее реализовать из-за необходимости синхронизации и управления потоками мощности.
3. Исторические причины
— В конце XIX — начале XX века переменный ток победил в «войне токов» (благодаря изобретению трансформатора и работам Николы Теслы).
— Инфраструктура (генераторы, трансформаторы, двигатели) изначально создавалась под переменный ток, и переход на постоянный потребовал бы колоссальных затрат.
4. Технические ограничения ПСТ
— Высоковольтные ЛЭП ПСТ действительно эффективнее на очень больших расстояниях (свыше 1000 км), так как у них:
— Нет потерь на реактивную мощность.
— Меньше потерь в линиях (нет скин-эффекта).
— Но для коротких и средних дистанций преимущества нивелируются сложностью и стоимостью преобразовательных подстанций.
5. Безопасность и надёжность
— Переменный ток проще прерывать (например, при коротких замыканиях) с помощью автоматических выключателей.
— Постоянный ток требует более сложных и дорогих систем защиты.
Где всё же применяют ЛЭП постоянного тока?
— Дальние межсистемные связи (например, линия Экибастуз—Центр в СССР, HVDC-проекты в Китае).
— Подводные кабели (из-за отсутствия ёмкостных потерь).
— Соединение сетей с разной частотой (например, Япония, где есть сети 50 Гц и 60 Гц).
Вывод: ЛЭП переменного тока доминируют из-за простоты, дешевизны и универсальности инфраструктуры. ЛЭП постоянного тока используются там, где их преимущества перевешивают высокие затраты — в основном для сверхдальних передач или специальных проектов.
Вы смотрели: 2023 Физика Перышкин Учебник §62 онлайн читать. Цитаты из пособия «Перышкин, Иванов: Физика. 8 класс. Базовый уровень. Учебник (3-е изд.) ФГОС» использованы в учебных целях.
Вернуться в ОГЛАВЛЕНИЕ учебника
