Номер 2, страница 52 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

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

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

Потери энергии на линиях электропередачи (ЛЭП) происходят в основном из-за нагрева проводов электрическим током при его прохождении. Это явление описывается законом Джоуля—Ленца. Мощность тепловых потерь $P_{потерь}$ в проводах можно рассчитать по формуле:
$P_{потерь} = I^2 R$,
где $\text{I}$ – сила тока в линии, а $\text{R}$ – сопротивление проводов.
Из анализа этой формулы следуют два основных способа уменьшения потерь:

1. Уменьшение сопротивления проводов $\text{R}$.
Сопротивление провода зависит от его характеристик согласно формуле $R = \\rho\frac{L}{S}$, где $\rho$ – удельное сопротивление материала, $\text{L}$ – длина провода, $\text{S}$ – площадь его поперечного сечения.
Соответственно, уменьшить сопротивление можно:
• Используя материалы с низким удельным сопротивлением $\rho$. На практике для ЛЭП уже используют материалы с одними из лучших показателей проводимости и стоимости – алюминий и медь. Теоретически можно было бы использовать сверхпроводники с нулевым сопротивлением, но на данный момент это слишком дорого и технически сложно для реализации на больших расстояниях.
• Увеличивая площадь поперечного сечения $\text{S}$ (т.е. используя более толстые провода). Этот способ эффективен, но имеет ограничения: толстые провода значительно тяжелее и дороже. Их использование требует более прочных и дорогостоящих опор, что делает проект в целом экономически менее выгодным.

2. Уменьшение силы тока $\text{I}$.
Это наиболее эффективный и широко используемый метод. Передаваемая по линии электропередачи мощность $\text{P}$ связана с напряжением $\text{U}$ и силой тока $\text{I}$ соотношением $P = U I$. Отсюда можно выразить силу тока: $I = \frac{P}{U}$.
Теперь подставим это выражение в формулу мощности потерь:
$P_{потерь} = (\frac{P}{U})^2 R = \frac{P^2 R}{U^2}$
Из полученной формулы видно, что при передаче постоянной мощности $\text{P}$ потери энергии обратно пропорциональны квадрату напряжения ($P_{потерь} \sim \frac{1}{U^2}$). Это означает, что даже небольшое увеличение напряжения приводит к значительному снижению потерь. Например, если увеличить напряжение в 10 раз, то потери энергии уменьшатся в $10^2 = 100$ раз. Именно поэтому этот способ является основным для снижения потерь при передаче электроэнергии на дальние расстояния.

Ответ: Основными способами уменьшения потерь энергии в линиях электропередачи являются: уменьшение сопротивления проводов (за счет материала и увеличения толщины) и уменьшение силы тока. Наиболее эффективным и практически применяемым способом является максимальное повышение напряжения в линии передачи, так как потери мощности обратно пропорциональны квадрату напряжения.