Номер 2, страница 163 - гдз по физике 10-11 класс сборник задач Громцева

12. Электромагнитные колебания и волны. 12.7. Производство, передача и потребление электрической энергии. Трансформатор - номер 2, страница 163.

Решение.

Решение 2.

Получение электрической энергии в промышленных масштабах

В промышленных масштабах электрическую энергию получают на электростанциях. Электростанции представляют собой комплексы, где происходит преобразование различных видов энергии в электрическую. Основой большинства электростанций является электрогенератор, который работает на принципе электромагнитной индукции и превращает механическую энергию вращения в электрическую.

Способы получения механической энергии для вращения турбины генератора различаются в зависимости от типа электростанции:

• Тепловые электростанции (ТЭС): используют энергию, выделяющуюся при сжигании органического топлива (угля, газа, мазута). Эта энергия нагревает воду, превращая её в пар под высоким давлением. Пар вращает лопасти турбины. К этому типу относятся также теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), которые кроме электроэнергии производят тепло для отопления.
• Атомные электростанции (АЭС): используют тепловую энергию, выделяющуюся в результате управляемой цепной ядерной реакции (распада ядер урана или плутония). Эта энергия, как и на ТЭС, используется для получения пара, вращающего турбину.
• Гидроэлектростанции (ГЭС): преобразуют потенциальную энергию воды. Потоки воды, падающие с высоты плотины, вращают гидравлическую турбину.
• Возобновляемые источники энергии:
  • Ветроэлектростанции (ВЭС): используют энергию ветра, который вращает лопасти ветрогенератора.
  • Солнечные электростанции (СЭС): преобразуют солнечную энергию. Это происходит либо напрямую с помощью фотоэлектрических панелей (фотовольтаика), либо путем концентрации солнечных лучей для нагрева теплоносителя и последующего использования пара для вращения турбины.
  • Геотермальные электростанции (ГеоТЭС): используют внутреннее тепло Земли для нагрева воды и получения пара.

Ответ: Электрическую энергию в промышленных масштабах получают на электростанциях (тепловых, атомных, гидравлических, ветровых, солнечных и др.), где различные виды энергии (тепловая, ядерная, кинетическая энергия воды или ветра, солнечная) преобразуются в электрическую с помощью электромеханических генераторов.

Доставка электрической энергии потребителю

Процесс доставки электроэнергии от электростанции к конечному потребителю (промышленным предприятиям, домам, офисам) включает в себя передачу и распределение по электрическим сетям. Этот процесс состоит из нескольких ключевых этапов:

1. Повышение напряжения. Сразу после генератора на электростанции устанавливается повышающий трансформатор. Он увеличивает напряжение переменного тока до очень высоких значений (сотни тысяч вольт, например, 110 кВ, 220 кВ, 500 кВ). Это необходимо для минимизации потерь энергии при передаче на большие расстояния. Потери мощности в проводах ($P_{потерь}$) зависят от квадрата силы тока ($I$) и сопротивления линии ($R$): $P_{потерь} = I^2 \cdot R$. Так как передаваемая мощность $P = U \cdot I$, то при увеличении напряжения ($U$) для передачи той же мощности требуется меньшая сила тока ($I$). Это позволяет значительно сократить потери.
2. Передача по высоковольтным линиям. Электроэнергия под высоким напряжением передается по магистральным линиям электропередачи (ЛЭП), которые образуют единую энергетическую систему страны.
3. Понижение напряжения. Вблизи городов и крупных промышленных районов на главных понижающих подстанциях высокое напряжение снижается до среднего (например, 6-35 кВ) для дальнейшего распределения.
4. Распределение. Электроэнергия среднего напряжения по распределительным сетям поступает на местные трансформаторные подстанции, которые обслуживают отдельные городские кварталы, предприятия или населенные пункты.
5. Конечное понижение. На местных трансформаторных подстанциях напряжение понижается до уровня, безопасного и пригодного для использования в быту и на производстве (например, до 380/220 В).
6. Доставка конечному потребителю. От трансформаторной подстанции электроэнергия по кабельным или воздушным линиям низкого напряжения поступает непосредственно в жилые дома, учреждения и на предприятия.

Ответ: Электрическая энергия доставляется потребителю по линиям электропередачи (ЛЭП). Для уменьшения потерь при передаче на большие расстояния напряжение сначала повышают с помощью трансформаторов на электростанции, а затем многократно понижают на подстанциях по мере приближения к конечному потребителю.