Номер 8, страница 165, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Глава IV. Электромагнитные явления. Параграф 26. Производство и передача электроэнергии - номер 8, страница 165.

Условие.

8. Опишите преобразования энергии, происходящие на каждом из этапов производства и передачи электроэнергии.

Решение.

Процесс производства и передачи электроэнергии можно разделить на несколько ключевых этапов, на каждом из которых происходят определённые преобразования энергии. Рассмотрим эти этапы последовательно, взяв за основной пример тепловую электростанцию (ТЭС).

1. Производство электроэнергии

На этом этапе первичная энергия (например, химическая или ядерная) преобразуется в электрическую. Цепочка преобразований на ТЭС выглядит следующим образом:

• Сжигание топлива (уголь, газ): химическая энергия, запасённая в топливе, высвобождается и преобразуется во внутреннюю (тепловую) энергию горячих газов.

• Нагрев воды в котле: Тепловая энергия газов передаётся воде, которая превращается в пар под высоким давлением. Энергия теперь запасена в виде внутренней энергии пара.

• Работа паровой турбины: Пар под давлением расширяется и вращает лопатки турбины. Таким образом, внутренняя энергия пара преобразуется в кинетическую энергию вращения турбины.

• Работа электрогенератора: Турбина соединена с генератором, который, вращаясь, преобразует кинетическую энергию в электрическую энергию на основе явления электромагнитной индукции.

Для других типов электростанций начальные звенья в цепи преобразований будут иными:

• АЭС (Атомная электростанция): Ядерная энергия → Тепловая энергия → Внутренняя энергия пара → и далее как на ТЭС.

• ГЭС (Гидроэлектростанция): Потенциальная энергия воды → Кинетическая энергия падающей воды → Кинетическая энергия турбины → Электрическая энергия.

• ВЭС (Ветроэлектростанция): Кинетическая энергия ветра → Кинетическая энергия вращения лопастей → Электрическая энергия.

2. Повышение напряжения (трансформация)

На выходе с генератора электроэнергия имеет напряжение порядка 10-20 кВ. Для минимизации потерь при передаче на большие расстояния напряжение повышают до сотен киловольт с помощью повышающего трансформатора. Здесь электрическая энергия одного напряжения и силы тока преобразуется в электрическую энергию другого (более высокого) напряжения и (более низкой) силы тока. Небольшая часть энергии при этом теряется, превращаясь в тепловую энергию из-за нагрева обмоток трансформатора.

3. Передача по линиям электропередачи (ЛЭП)

Электрическая энергия передаётся по проводам на большие расстояния. Во время этого процесса из-за электрического сопротивления проводов часть электрической энергии преобразуется в тепловую энергию и рассеивается в окружающую среду. Эти потери описываются законом Джоуля-Ленца ($Q = I^2 \cdot R \cdot t$). Именно для их уменьшения и повышают напряжение, так как это позволяет снизить силу тока ($P = U \cdot I$).

4. Понижение напряжения (трансформация)

Вблизи мест потребления (городов, промышленных предприятий) на понижающих подстанциях высокое напряжение снова преобразуют, но уже в сторону понижения, до безопасных и пригодных для использования значений (например, 6-10 кВ для городских сетей, а затем до 0,4 кВ для конечных потребителей). Здесь также происходит преобразование электрической энергии одного напряжения в электрическую энергию другого, с неизбежными потерями в виде тепловой энергии в трансформаторах.

5. Потребление энергии

На последнем этапе электрическая энергия доходит до конечного потребителя (в дома, на заводы), где она преобразуется в необходимые виды энергии:

• в лампах накаливания и светодиодах — в световую и тепловую;

• в электродвигателях — в механическую (кинетическую);

• в электронагревательных приборах — в тепловую;

• в динамиках — в звуковую.

Ответ: В процессе производства и передачи электроэнергии происходят следующие основные преобразования энергии. На электростанции (например, ТЭС): химическая энергия топлива → тепловая энергия продуктов сгорания → внутренняя энергия пара → кинетическая энергия турбины → электрическая энергия. Далее при передаче: электрическая энергия преобразуется в трансформаторах для повышения, а затем понижения напряжения, а в линиях электропередачи часть электрической энергии превращается в тепловую из-за сопротивления проводов. У конечного потребителя электрическая энергия преобразуется в другие виды: световую, тепловую, механическую и т.д.