Номер 6, страница 164 - гдз по физике 10-11 класс сборник задач Громцева

12. Электромагнитные колебания и волны. 12.7. Производство, передача и потребление электрической энергии. Трансформатор - номер 6, страница 164.

Решение.

Решение 2.

Решение

Повышающие трансформаторы около электростанций устанавливают для того, чтобы минимизировать потери электрической энергии при её передаче на большие расстояния по линиям электропередачи (ЛЭП).

Электрическая мощность, которую необходимо передать потребителю, определяется формулой:

$P = U \cdot I$

где $P$ — мощность, $U$ — напряжение, а $I$ — сила тока.

При передаче электроэнергии по проводам часть энергии неизбежно теряется, превращаясь в тепло из-за электрического сопротивления проводов. Мощность этих потерь описывается законом Джоуля-Ленца:

$P_{потерь} = I^2 \cdot R$

где $P_{потерь}$ — теряемая мощность, $I$ — сила тока в линии, а $R$ — сопротивление проводов ЛЭП.

Как видно из формулы, потери мощности пропорциональны квадрату силы тока. Это означает, что даже небольшое уменьшение силы тока приводит к существенному сокращению потерь. Чтобы уменьшить потери, нужно уменьшить силу тока $I$.

Для передачи заданной мощности $P$ уменьшить силу тока $I$ можно только за счет увеличения напряжения $U$. Выразим силу тока из первой формулы $I = P/U$ и подставим её в формулу потерь:

$P_{потерь} = \left(\frac{P}{U}\right)^2 \cdot R = \frac{P^2 \cdot R}{U^2}$

Эта зависимость показывает, что потери мощности обратно пропорциональны квадрату напряжения. Таким образом, увеличив напряжение в линии, например, в 10 раз, мы уменьшим потери энергии в $10^2 = 100$ раз.

Поэтому на электростанциях вырабатываемое генераторами напряжение (обычно от 6 до 24 кВ) с помощью повышающих трансформаторов увеличивают до очень высоких значений (110, 220, 500 кВ и выше) перед подачей в магистральные ЛЭП. Это позволяет передавать огромные мощности на сотни и тысячи километров с минимальными потерями. Затем, вблизи потребителей, с помощью понижающих трансформаторов напряжение снижают до безопасных и стандартных значений (например, 0,4 кВ).

Ответ: Повышающий напряжение трансформатор устанавливают около электростанций для увеличения напряжения в линиях электропередачи. Это делается с целью уменьшения силы тока и, как следствие, значительного снижения потерь электроэнергии на нагрев проводов при её транспортировке на большие расстояния.