Номер 2, страница 92 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 27. Передача электроэнергии на расстояние. Глава 3. Электромагнетизм - номер 2, страница 92.

2. Для чего в линиях электропередачи используют повышающие трансформаторы?

Решение

Повышающие трансформаторы в линиях электропередачи (ЛЭП) используются для минимизации потерь электроэнергии при ее транспортировке на большие расстояния. Основная причина потерь — это нагрев проводов, по которым течет электрический ток.

Мощность, теряемая в проводах ЛЭП из-за их сопротивления, определяется законом Джоуля-Ленца:

$P_{потерь} = I^2 \cdot R$

где $I$ — сила тока в линии, а $R$ — сопротивление проводов.

В то же время, мощность, передаваемая по линии, равна:

$P_{передаваемая} = U \cdot I$

где $U$ — напряжение в линии.

Из второй формулы можно выразить силу тока: $I = \frac{P_{передаваемая}}{U}$.

Подставим это выражение в формулу для потерь мощности:

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

Из полученной зависимости видно, что потери мощности обратно пропорциональны квадрату напряжения ($P_{потерь} \sim \frac{1}{U^2}$). Это означает, что при увеличении напряжения в 10 раз, потери мощности уменьшатся в $10^2 = 100$ раз. При увеличении напряжения в 100 раз, потери сократятся уже в $100^2 = 10000$ раз.

Таким образом, для эффективной передачи электроэнергии на большие расстояния необходимо максимально увеличить напряжение. Именно для этой цели на электростанциях устанавливают повышающие трансформаторы. Они увеличивают напряжение, выработанное генераторами (обычно до десятков киловольт), до очень высоких значений (сотни киловольт, например, 110 кВ, 220 кВ, 500 кВ и выше). Это позволяет значительно снизить силу тока в проводах и, как следствие, минимизировать тепловые потери.

Вблизи потребителей устанавливают уже понижающие трансформаторы, которые снижают высокое напряжение до безопасных и стандартных значений (например, 220 В или 380 В).

Ответ: Повышающие трансформаторы в линиях электропередачи используют для увеличения напряжения переменного тока. Это позволяет значительно уменьшить силу тока в проводах при передаче той же мощности, что, в свою очередь, кардинально снижает потери электроэнергии на нагрев проводов и повышает эффективность передачи электроэнергии на большие расстояния.