Номер 21.32, страница 109 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 21. Электромагнитная индукция. Производство и передача электроэнергии - номер 21.32, страница 109.

Условие.

21.32. Для чего в линиях электропередачи используют повышающие трансформаторы?

Решение.

Повышающие трансформаторы в линиях электропередачи (ЛЭП) используются для того, чтобы минимизировать потери электроэнергии при её транспортировке на большие расстояния от электростанции к потребителю.

Основная причина потерь энергии в проводах — их нагрев при прохождении электрического тока. Мощность, которая теряется на нагрев, определяется законом Джоуля-Ленца:

$P_{потерь} = I^2 \cdot R$

где $\text{I}$ — сила тока в линии, а $\text{R}$ — сопротивление проводов. Как видно из формулы, потери мощности напрямую зависят от квадрата силы тока. Это означает, что даже небольшое уменьшение силы тока приводит к значительному сокращению потерь энергии.

В то же время, мощность, передаваемая по ЛЭП потребителю, равна:

$P = U \cdot I$

где $\text{U}$ — напряжение в линии. Чтобы передать потребителю необходимую мощность $\text{P}$, можно, согласно этой формуле, уменьшить силу тока $\text{I}$ за счет увеличения напряжения $\text{U}$. Сила тока будет равна $I = \frac{P}{U}$.

Если подставить это выражение для силы тока в формулу потерь, получим:

$P_{потерь} = (\frac{P}{U})^2 \cdot R = \frac{P^2 \cdot R}{U^2}$

Из этого соотношения следует, что потери мощности обратно пропорциональны квадрату напряжения. Таким образом, увеличив напряжение в 10 раз, мы уменьшим потери энергии в 100 раз.

Именно для этого и служат повышающие трансформаторы. Их устанавливают на выходе с электростанции, чтобы увеличить напряжение до очень высоких значений (сотен тысяч вольт). Это позволяет передавать электроэнергию на большие расстояния с минимальными потерями. Вблизи потребителей напряжение понижают до бытовых значений (например, 220 В) с помощью понижающих трансформаторов.

Ответ: Повышающие трансформаторы используют для увеличения напряжения в линиях электропередачи. Это позволяет уменьшить силу тока и, как следствие, значительно сократить потери электроэнергии, которые возникают из-за нагрева проводов при передаче на большие расстояния.