Номер 1, страница 63, часть 1 - гдз по физике 11 класс учебник Башарулы, Шункеев

1. В чем заключается роль трансформатора при передаче электрической энергии?

1. Роль трансформатора при передаче электрической энергии заключается в преобразовании переменного напряжения (повышении или понижении) с целью минимизации потерь энергии при ее транспортировке на большие расстояния.

Электрическая энергия вырабатывается на электростанциях при относительно невысоких напряжениях. Для передачи этой энергии на большие расстояния используются линии электропередачи (ЛЭП), которые обладают электрическим сопротивлением $R$.

При прохождении тока $I$ по проводам ЛЭП часть энергии теряется, превращаясь в тепло. Мощность этих потерь $P_{потерь}$ определяется законом Джоуля-Ленца:

$P_{потерь} = I^2 R$

В то же время, передаваемая по линии мощность $P$ связана с напряжением $U$ и силой тока $I$ соотношением $P = U I$. Отсюда можно выразить силу тока: $I = \frac{P}{U}$.

Подставим это выражение в формулу для потерь мощности:

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

Из этой формулы видно, что потери мощности при передаче обратно пропорциональны квадрату напряжения в линии ($P_{потерь} \sim \frac{1}{U^2}$). Это означает, что увеличение напряжения в 10 раз уменьшает потери в 100 раз. Поэтому для эффективной передачи электроэнергии на большие расстояния выгодно использовать как можно более высокое напряжение.

Именно эту задачу и решают трансформаторы в системе энергоснабжения:

1. Повышающие трансформаторы. Устанавливаются на электростанциях. Они повышают напряжение, вырабатываемое генераторами (например, с 10-20 кВ), до очень высоких значений (110, 220, 500, 750 кВ) перед подачей в магистральные линии электропередачи. При этом, согласно закону сохранения энергии, сила тока во столько же раз уменьшается. Это позволяет кардинально снизить потери энергии в проводах.

2. Понижающие трансформаторы. Устанавливаются на подстанциях вблизи потребителей. Они в несколько этапов понижают высокое напряжение до безопасных и пригодных для использования уровней. Например, сначала до 35-110 кВ для крупных промышленных объектов, затем до 6-10 кВ для городских распределительных сетей, и, наконец, до 0,4 кВ (380/220 В) непосредственно для жилых домов и конечных потребителей.

Таким образом, трансформаторы позволяют экономически выгодно и с минимальными потерями передавать электрическую энергию от мест ее производства к местам потребления.

Ответ: Роль трансформатора заключается в изменении (повышении и последующем понижении) напряжения переменного тока. Это необходимо для минимизации потерь мощности при передаче электрической энергии по линиям электропередачи на большие расстояния и для преобразования напряжения до безопасных и рабочих значений у конечных потребителей.