Номер 5, страница 148 - гдз по физике 8 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 9. Электрический ток в металлах. Закон Ома для участка электрической цепи. Параграф 40. Электрическое сопротивление. Вопросы - номер 5, страница 148.

Условие.

5. Почему провода линий электропередачи изготовляют из алюминия или меди, а в качестве изоляторов используют керамику, фарфор и эбонит?

Решение.

Почему провода линий электропередачи изготовляют из алюминия или меди

Алюминий и медь относятся к веществам, которые являются отличными проводниками электрического тока. Их основное свойство — высокая электропроводность, что эквивалентно низкому удельному электрическому сопротивлению ($\rho$). Это свойство имеет ключевое значение для передачи электроэнергии на большие расстояния. Согласно закону Джоуля-Ленца, количество теплоты, выделяемое в проводнике при прохождении тока, пропорционально его сопротивлению: $Q = I^2Rt$. Чтобы минимизировать потери энергии, которые уходят на бесполезный нагрев проводов и окружающей среды, необходимо использовать материалы с как можно меньшим сопротивлением $\text{R}$.

Медь является одним из лучших проводников электричества (уступая лишь серебру), она пластична (что позволяет легко изготавливать из нее проволоку) и устойчива к окислению. Главные её недостатки — высокая плотность (большой вес) и относительно высокая стоимость.

Алюминий, в свою очередь, примерно в 1.6 раза уступает меди по электропроводности, но при этом он почти в три раза легче и значительно дешевле. Чтобы алюминиевый провод имел такое же сопротивление, как медный, его делают толще. Однако даже при большем сечении алюминиевый провод оказывается легче и экономически выгоднее медного аналога. Малый вес проводов снижает нагрузку на опоры линий электропередачи (ЛЭП), что позволяет делать их менее массивными и расставлять на большем расстоянии друг от друга, удешевляя строительство всей линии.

Таким образом, выбор материала для проводов ЛЭП является результатом технико-экономического анализа. В большинстве случаев для воздушных линий электропередачи предпочтение отдается алюминию из-за его легкости и дешевизны.

Ответ: Провода для линий электропередачи изготавливают из алюминия и меди, так как эти металлы обладают очень низким удельным сопротивлением (являются хорошими проводниками), что сводит к минимуму потери электроэнергии при её передаче. Алюминий чаще используется для воздушных линий из-за его малого веса и низкой стоимости.

Почему в качестве изоляторов используют керамику, фарфор и эбонит

В отличие от металлов, керамика, фарфор и эбонит являются диэлектриками (изоляторами). Их фундаментальное свойство — очень высокое удельное электрическое сопротивление ($\rho$), то есть они практически не проводят электрический ток. Это связано с тем, что в структуре диэлектриков отсутствуют свободные носители заряда, которые могли бы перемещаться под действием электрического поля.

В линиях электропередачи изоляторы служат для того, чтобы отделить провода, находящиеся под высоким напряжением, от опор, которые соединены с землей. Если бы не было изоляторов, произошла бы утечка тока на землю (короткое замыкание), и передача энергии стала бы невозможной и крайне опасной.

Керамика и фарфор (вид тонкой керамики) — идеальные материалы для высоковольтных изоляторов по нескольким причинам:
1. Они являются превосходными диэлектриками.
2. Обладают высокой механической прочностью, чтобы выдерживать вес проводов, а также ветровые и ледовые нагрузки.
3. Они устойчивы к воздействию окружающей среды: не разрушаются под действием солнечного излучения, влаги, перепадов температур и загрязнений.

Эбонит (твёрдая резина) также является отличным изолятором, однако он менее стоек к атмосферным воздействиям, особенно к ультрафиолету, поэтому в современных наружных ЛЭП его практически не применяют, но он используется в различных электротехнических приборах и установках.

Ответ: Керамику, фарфор и эбонит используют в качестве изоляторов, потому что это диэлектрики с очень высоким удельным сопротивлением. Они не проводят электрический ток, что позволяет надежно изолировать находящиеся под напряжением провода от опор ЛЭП. Эти материалы также обладают необходимой механической прочностью и стойкостью к неблагоприятным погодным условиям.