Номер 2, страница 85, часть 1 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

2. Расскажите о способах уменьшения потерь энергии на линии передачи электроэнергии.

2. При передаче электроэнергии по проводам на большие расстояния неизбежно возникают потери энергии, в основном из-за нагрева проводов. Эти потери можно значительно уменьшить, используя определенные физические принципы и технические решения.

Дано:

Мощность, теряемая в линии передач из-за нагрева (по закону Джоуля-Ленца): $P_{п} = I^2 R$

Мощность, передаваемая потребителю: $P = UI$

Сопротивление проводов линии: $R = \\rho\frac{L}{S}$

Где: $\text{I}$ – сила тока в линии, $\text{R}$ – сопротивление линии, $\text{U}$ – напряжение в линии, $\text{P}$ – передаваемая мощность, $\rho$ – удельное сопротивление материала провода, $\text{L}$ – длина линии, $\text{S}$ – площадь поперечного сечения провода.

Найти:

Способы уменьшения потерь мощности $P_{п}$ при передаче.

Решение:

Выразим силу тока $\text{I}$ из формулы передаваемой мощности: $I = \frac{P}{U}$.

Подставим это выражение в формулу потерь мощности: $P_{п} = (\frac{P}{U})^2 R = \frac{P^2 R}{U^2}$

Из полученной формулы видно, что для уменьшения потерь $P_{п}$ при передаче заданной мощности $\text{P}$ можно предпринять следующие шаги:

1. Уменьшить сопротивление линии $\text{R}$. Так как $R = \\rho\frac{L}{S}$, а длину линии $\text{L}$ изменить нельзя, уменьшить сопротивление можно двумя способами:

• Использование материалов с низким удельным сопротивлением $\rho$. Для линий электропередач используют алюминий и медь как материалы с хорошей проводимостью. Алюминий предпочтительнее из-за меньшей плотности и стоимости, несмотря на несколько большее удельное сопротивление по сравнению с медью.
• Увеличение площади поперечного сечения провода $\text{S}$. Увеличение толщины провода уменьшает его сопротивление. Однако этот способ ограничен, так как приводит к значительному увеличению массы и стоимости линии, а также требует более прочных опор.

2. Увеличить напряжение $\text{U}$ в линии передачи. Этот способ является наиболее эффективным. Как видно из формулы, потери мощности обратно пропорциональны квадрату напряжения ($P_{п} \propto \frac{1}{U^2}$). Это означает, что если увеличить напряжение в 10 раз, то при передаче той же мощности потери уменьшатся в $10^2 = 100$ раз. Именно поэтому электроэнергию на большие расстояния передают при очень высоком напряжении (сотни тысяч вольт). Для этого на выходе с электростанции ставят повышающие трансформаторы, а перед подачей потребителям — понижающие трансформаторы, которые снижают напряжение до безопасных и стандартных значений (например, 220 В).

Ответ: Основными способами уменьшения потерь энергии на линии передачи электроэнергии являются: 1) Уменьшение сопротивления проводов (использование материалов с низкой проводимостью, таких как алюминий, и увеличение толщины проводов). 2) Повышение напряжения в линии передачи, что является наиболее эффективным методом. Повышение напряжения достигается с помощью повышающих трансформаторов на электростанциях, а его последующее понижение для потребителей — с помощью понижающих трансформаторов на подстанциях.