Номер 2, страница 116, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

2. Почему опоры высоковольтных линий электропередач делают высокими?

2. Решение

Опоры высоковольтных линий электропередач (ЛЭП) делают высокими по нескольким ключевым причинам, связанным с безопасностью, физикой электрических явлений и эксплуатационными требованиями.

1. Электробезопасность. Высокое напряжение на проводах ЛЭП (сотни тысяч вольт) смертельно опасно для человека и животных. Чтобы исключить любую возможность случайного прикосновения или приближения на опасное расстояние, провода необходимо располагать на значительной высоте над землей, зданиями, дорогами и другими объектами. Нормативы строго регламентируют минимально допустимое расстояние от проводов до земли и различных объектов, и высокая опора — основной способ обеспечить это расстояние.

2. Предотвращение электрического пробоя. Воздух является изолятором, но при достаточно высокой напряженности электрического поля он может "пробиваться", то есть становится проводником, и возникает электрический разряд (дуга). Напряженность электрического поля $\text{E}$ между проводом и землей грубо можно оценить как $E \approx U/d$, где $\text{U}$ — напряжение, а $\text{d}$ — расстояние до земли. Пробивное напряжение для сухого воздуха составляет около $3 \times 10^6 \text{ В/м}$. Чтобы напряженность поля была значительно ниже этого значения и не произошел пробой на землю или на расположенные под линией объекты (например, деревья или транспорт), необходимо увеличивать расстояние $\text{d}$, то есть поднимать провода выше с помощью высоких опор.

3. Уменьшение потерь на коронный разряд. Вокруг проводов под высоким напряжением создается сильное электрическое поле, которое может вызывать ионизацию воздуха в непосредственной близости от провода. Это явление называется коронным разрядом. Оно проявляется в виде слабого свечения (короны), шипящего звука и приводит к потерям передаваемой электроэнергии, а также создает радиопомехи. Величина потерь зависит от напряженности электрического поля на поверхности провода. Размещение проводов на большом расстоянии друг от друга и от земли (что достигается за счет высоких опор и длинных траверс) помогает снизить напряженность поля и, следовательно, уменьшить потери на коронный разряд.

4. Учет провисания проводов. Провода ЛЭП никогда не натягивают туго, они всегда имеют провис. Величина провисания зависит от веса провода, расстояния между опорами, а также от температуры (летом провода удлиняются и провисают сильнее) и дополнительных нагрузок (например, налипшего снега или льда). Опоры должны быть достаточно высокими, чтобы даже при максимальном провисании расстояние от провода до земли оставалось в пределах безопасной нормы.

Ответ: Опоры высоковольтных линий электропередач делают высокими для обеспечения безопасности людей и животных, для предотвращения электрического пробоя воздуха на землю и другие объекты, для снижения потерь энергии на коронный разряд, а также для компенсации провисания проводов при различных погодных условиях.