Номер 7, страница 205 - гдз по физике 8 класс учебник Изергин

Глава IV. Электромагнитные явления. Параграф 36. Переменный ток - номер 7, страница 205.

Условие.

7. В чём преимущества переменного тока перед постоянным?

Решение.

Переменный ток (AC) получил значительно более широкое распространение в системах производства, передачи и распределения электроэнергии, чем постоянный ток (DC), благодаря ряду ключевых технических и экономических преимуществ.

1. Простота и эффективность трансформации напряжения

Это главное преимущество переменного тока. С помощью трансформаторов можно очень легко и с высоким коэффициентом полезного действия (КПД до 99%) изменять (повышать или понижать) напряжение переменного тока. Это свойство имеет решающее значение для передачи электроэнергии на большие расстояния. На электростанциях напряжение повышают до очень высоких значений (сотни тысяч вольт). При передаче той же мощности $\text{P}$, согласно формуле $P = U \cdot I$, высокое напряжение $\text{U}$ позволяет значительно снизить силу тока $\text{I}$. Потери мощности в проводах при передаче зависят от квадрата силы тока, что описывается законом Джоуля-Ленца: $P_{потерь} = I^2 \cdot R$, где $\text{R}$ – сопротивление проводов. Таким образом, уменьшение тока в 10 раз снижает потери энергии в 100 раз. Вблизи потребителей напряжение с помощью понижающих трансформаторов доводят до безопасных стандартных значений (например, 220/380 В). Преобразование напряжения постоянного тока — гораздо более сложная, дорогая и менее эффективная задача.

2. Простота конструкции и надежность электрических машин

Генераторы переменного тока (альтернаторы) конструктивно проще и надежнее генераторов постоянного тока (динамо). В генераторах постоянного тока необходим коллекторно-щеточный узел — сложное и ненадёжное устройство, которое подвержено износу и требует регулярного обслуживания. То же самое относится и к электродвигателям. Наиболее распространенные асинхронные двигатели переменного тока с короткозамкнутым ротором чрезвычайно просты по конструкции, дешевы в производстве и очень надежны, так как не имеют скользящих контактов. Двигатели постоянного тока сложнее и дороже при той же мощности.

3. Простота коммутации цепей высокого напряжения

В цепи переменного тока напряжение и ток периодически (для промышленной частоты 50 Гц — 100 раз в секунду) проходят через нулевое значение. Этот естественный переход через ноль значительно облегчает гашение электрической дуги, которая возникает между контактами при размыкании высоковольтной цепи. Благодаря этому, устройства защиты и коммутации (выключатели, разъединители) для цепей переменного тока конструктивно проще и надежнее аналогичных устройств для цепей постоянного тока, где для разрыва цепи необходимо принудительно гасить мощную и устойчивую дугу.

4. Возможность создания многофазных систем

Трехфазные системы переменного тока позволяют легко создать вращающееся магнитное поле, что является основой работы простых и эффективных асинхронных двигателей. Кроме того, для передачи одинаковой мощности трехфазная система требует меньшего расхода проводникового материала по сравнению с однофазной системой, что делает ее экономически более выгодной.

Несмотря на перечисленные преимущества, постоянный ток незаменим и широко используется во многих областях: в портативной электронике, в гальванике и электролизе, в качестве бортового питания на транспорте, а также в современных сверхдальних и подводных линиях электропередачи сверхвысокого напряжения (технология HVDC).

Ответ:

Главные преимущества переменного тока перед постоянным заключаются в следующем:
1. Возможность легкого и высокоэффективного изменения (трансформации) напряжения, что позволяет передавать электроэнергию на большие расстояния с минимальными потерями.
2. Более простая, дешевая и надежная конструкция генераторов и двигателей (в частности, асинхронных).
3. Относительная простота отключения (коммутации) высоковольтных цепей, так как переменный ток периодически проходит через ноль, что облегчает гашение электрической дуги.