Ответьте на вопросы, страница 39 - 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?
Трансформатор — это статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения при неизменной частоте. Принцип его работы основан на явлении электромагнитной индукции. Трансформаторы играют ключевую роль в системах передачи и распределения электроэнергии. Существует два основных типа трансформаторов по их функции в энергосистеме:
• Повышающие трансформаторы: они увеличивают напряжение (и, соответственно, уменьшают силу тока). Их устанавливают на электростанциях для подготовки электроэнергии к передаче на большие расстояния по линиям электропередач (ЛЭП).
• Понижающие трансформаторы: они уменьшают напряжение (и увеличивают силу тока). Их используют на понижающих подстанциях вблизи потребителей (городов, заводов), чтобы снизить высокое напряжение ЛЭП до безопасных и используемых в быту и на производстве уровней (например, с 220 кВ до 10 кВ, а затем до 0,4 кВ, то есть 380/220 В).
Кроме того, трансформаторы широко применяются в блоках питания различной аппаратуры, сварочных аппаратах, измерительных цепях и многих других областях, где требуется изменение величины переменного напряжения.

Ответ: Трансформаторы необходимы для преобразования (повышения или понижения) напряжения переменного тока с целью эффективной передачи электроэнергии на большие расстояния и для обеспечения требуемых уровней напряжения для работы различных электроприборов и промышленного оборудования.

2. Почему до линии электропередач напряжение в сети повышают?
Повышение напряжения перед передачей по линиям электропередач (ЛЭП) является ключевой мерой для снижения потерь электроэнергии. Потери мощности при передаче происходят в основном из-за нагрева проводов, который описывается законом Джоуля-Ленца. Мощность этих потерь $P_{потерь}$ прямо пропорциональна квадрату силы тока $\text{I}$ и сопротивлению линии $\text{R}$:
$P_{потерь} = I^2 \cdot R$
В то же время, передаваемая потребителю мощность $P_{перед}$ равна произведению напряжения $\text{U}$ на силу тока $\text{I}$, откуда можно выразить силу тока: $I = \frac{P_{перед}}{U}$.
Если подставить это выражение в формулу потерь, получим:
$P_{потерь} = \left(\frac{P_{перед}}{U}\right)^2 \cdot R = \frac{P_{перед}^2 \cdot R}{U^2}$
Из этой формулы видно, что при передаче одной и той же мощности $P_{перед}$ потери $P_{потерь}$ обратно пропорциональны квадрату напряжения $U^2$. Таким образом, увеличив напряжение, например, в 10 раз, мы уменьшаем силу тока в 10 раз, а потери мощности в проводах — в $10^2 = 100$ раз. Именно поэтому на электростанциях напряжение повышают до сотен тысяч вольт (110 кВ, 220 кВ, 500 кВ и выше) перед подачей в ЛЭП.

Ответ: Напряжение повышают для того, чтобы уменьшить силу тока в линии электропередач, что, в свою очередь, кардинально снижает потери электроэнергии на нагрев проводов и делает передачу на большие расстояния экономически выгодной.

3. Каково назначение инвертора?
Инвертор — это электронное устройство или силовая схема, основное назначение которой заключается в преобразовании постоянного тока (DC) в переменный ток (AC). Инвертор позволяет получить на выходе переменный ток с требуемой частотой и напряжением. Инверторы находят широкое применение в различных областях. Например, они являются неотъемлемой частью источников бесперебойного питания (ИБП), где преобразуют постоянный ток от аккумуляторов в переменный ток для питания компьютеров при отключении основной сети. В солнечной энергетике инверторы преобразуют постоянный ток, вырабатываемый солнечными панелями, в переменный ток для использования в бытовых сетях или для отдачи в общую электросеть. В электромобилях инверторы управляют работой тяговых электродвигателей, преобразуя постоянный ток от батареи в трёхфазный переменный ток. Также они используются в частотно-регулируемых приводах для управления скоростью вращения асинхронных двигателей.

Ответ: Основное назначение инвертора — преобразование постоянного тока (DC) в переменный ток (AC) с заданными параметрами напряжения и частоты.