Номер 837, страница 133 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Электромагнитные явления. Способы получения и передачи электроэнергии. Трансформатор - номер 837, страница 133.

Условие.

837. Почему для передачи электроэнергии на расстояние применяются провода из меди или алюминия, а для телеграфных и телефонных линий оказывается возможным использовать более прочные и дешёвые стальные провода?

Решение.

Решение

Выбор материала для проводов зависит от их назначения и определяется компромиссом между электрическими, механическими и экономическими характеристиками.

Основной задачей линий электропередачи (ЛЭП) является передача большой электрической мощности на дальние расстояния с минимальными потерями. Потери мощности в проводах из-за их нагрева определяются законом Джоуля-Ленца: $P_{потерь} = I^2R$, где $\text{I}$ – сила тока, а $\text{R}$ – сопротивление линии. В ЛЭП протекают очень большие токи, поэтому для минимизации потерь энергии необходимо использовать провода с как можно меньшим сопротивлением. Сопротивление провода зависит от удельного сопротивления материала $\rho$ ($R = \rho \frac{L}{S}$). Медь и алюминий обладают очень низким удельным сопротивлением, что делает их оптимальным выбором для силовых линий. Сталь имеет удельное сопротивление примерно в 7-8 раз выше, чем у меди, поэтому ее использование для передачи больших мощностей привело бы к огромным, экономически невыгодным потерям энергии.

В телеграфных и телефонных линиях передаются информационные сигналы, а не большая мощность. Сила тока в таких линиях очень мала (обычно миллиамперы). Вследствие этого, согласно той же формуле $P_{потерь} = I^2R$, потери мощности оказываются ничтожно малыми даже при использовании проводов с относительно высоким сопротивлением, как у стали. Поэтому для линий связи на первый план выходят другие качества: механическая прочность и стоимость. Провода должны выдерживать собственный вес на больших пролетах между опорами, а также ветровые и ледовые нагрузки. Сталь значительно прочнее и дешевле меди и алюминия, поэтому ее применение для линий связи является технически и экономически более оправданным.

Ответ: В линиях электропередачи протекают большие токи, и для минимизации потерь энергии ($P_{потерь} = I^2R$) необходимо использовать материалы с низким удельным сопротивлением, такие как медь и алюминий. В линиях связи (телефонных, телеграфных) токи очень малы, поэтому потери энергии незначительны, и можно использовать более прочные и дешевые стальные провода, для которых механическая прочность и низкая стоимость важнее низкого электрического сопротивления.