Ответьте на вопросы, страница 56 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Для чего необходимы трансформаторы?

2. Почему до линии электропередач напряжение в сети повышают?

3. Каково назначение инвертора?

1. Для чего необходимы трансформаторы?

Трансформаторы – это статические электромагнитные устройства, предназначенные для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения, при этом частота тока остается неизменной. Их действие основано на явлении электромагнитной индукции.
Основная и важнейшая область применения трансформаторов — электроэнергетика. Для передачи электроэнергии на большие расстояния от электростанций к потребителям необходимо минимизировать потери. Для этого с помощью повышающих трансформаторов напряжение увеличивают до сотен тысяч вольт. При подходе к потребителям (городам, предприятиям, домам) напряжение, наоборот, многократно понижают с помощью понижающих трансформаторов до стандартных и безопасных значений (например, 380 В или 220 В).
Кроме того, трансформаторы широко используются в блоках питания различной аппаратуры (например, для зарядки телефонов), в сварочных аппаратах для создания высокого тока, а также в измерительной технике для безопасного измерения высоких напряжений и больших токов.

Ответ: Трансформаторы необходимы для изменения (повышения или понижения) напряжения переменного тока, что является ключевым для эффективной и экономичной передачи электроэнергии на большие расстояния и для ее последующего безопасного использования в бытовых и промышленных целях.

2. Почему до линии электропередач напряжение в сети повышают?

Напряжение перед подачей в линии электропередач (ЛЭП) повышают с основной целью — для кардинального снижения потерь электроэнергии при ее транспортировке на большие расстояния. Главная причина потерь — это нагрев проводов электрическим током, который через них протекает.

Решение

Количество теплоты, а следовательно, и мощность, которая теряется в проводах, описывается законом Джоуля-Ленца. Формула для потерь мощности выглядит так:
$P_{потерь} = I^2 \cdot R$
где $\text{I}$ — это сила тока в линии, а $\text{R}$ — электрическое сопротивление проводов. Сопротивление $\text{R}$ для конкретной ЛЭП является практически постоянной величиной (оно зависит от материала, длины и толщины провода). Из формулы видно, что потери мощности прямо пропорциональны квадрату силы тока. Это означает, что даже небольшое уменьшение тока приводит к значительному сокращению потерь.
Передаваемая потребителю мощность $P_{передаваемая}$ связана с напряжением $\text{U}$ и силой тока $\text{I}$ в линии следующим соотношением:
$P_{передаваемая} = U \cdot I$
Из этого соотношения можно выразить силу тока: $I = P_{передаваемая} / U$.
Подставив это выражение для тока в формулу потерь, получим:
$P_{потерь} = (P_{передаваемая} / U)^2 \cdot R$
Эта зависимость показывает, что при передаче одной и той же мощности $P_{передаваемая}$ потери обратно пропорциональны квадрату напряжения $\text{U}$. Таким образом, увеличив напряжение в 10 раз, мы уменьшаем силу тока в 10 раз, а потери мощности — в $10^2 = 100$ раз. Именно для этого на электростанциях используют мощные повышающие трансформаторы.

Ответ: Повышение напряжения позволяет при передаче той же мощности значительно уменьшить силу тока в проводах линии электропередач, что, согласно закону Джоуля-Ленца, приводит к квадратичному снижению потерь энергии на нагрев этих проводов.

3. Каково назначение инвертора?

Основное назначение инвертора — преобразование электрического тока постоянного вида (DC, Direct Current) в ток переменного вида (AC, Alternating Current). По сути, он выполняет функцию, обратную той, что выполняет выпрямитель.
Инверторы являются неотъемлемой частью многих современных систем. Например, в источниках бесперебойного питания (ИБП) они обеспечивают работу компьютеров и другой техники от аккумуляторов (источника постоянного тока) во время сбоев в электросети. В системах на основе возобновляемых источников энергии, таких как солнечные панели, инверторы преобразуют вырабатываемый ими постоянный ток в переменный ток стандартного напряжения 220В, пригодный для использования в быту. Автомобильные инверторы позволяют питать от аккумулятора автомобиля (12В DC) бытовые приборы, рассчитанные на переменный ток (например, ноутбуки или электроинструмент). В промышленности инверторы, часто называемые частотными преобразователями, используются для плавного управления скоростью вращения электродвигателей переменного тока.

Ответ: Назначение инвертора — преобразовывать постоянный ток в переменный ток с необходимыми параметрами напряжения и частоты.