Номер 838, страница 133 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Электромагнитные явления. Способы получения и передачи электроэнергии. Трансформатор - номер 838, страница 133.

Условие.

838. В чём причина того, что электростанции малой мощности (до $10\text{--}15\text{ кВт}$) строят обычно на небольшом расстоянии от места потребления электроэнергии?

Решение.

Причина заключается в потерях электроэнергии при её передаче на расстояние и в экономической нецелесообразности строительства сложных систем передачи для малой мощности.

1. Потери энергии в проводах. При протекании электрического тока по проводам часть энергии превращается в тепло и теряется. Мощность этих потерь ($P_{потерь}$) определяется законом Джоуля-Ленца:

$P_{потерь} = I^2 \cdot R$

где $\text{I}$ — сила тока в линии, а $\text{R}$ — сопротивление проводов. Сопротивление линии, в свою очередь, прямо пропорционально её длине $\text{L}$:

$R = \rho \frac{L}{S}$

где $\rho$ — удельное сопротивление материала, $\text{S}$ — площадь поперечного сечения провода. Таким образом, чем больше расстояние передачи, тем больше сопротивление и тем значительнее потери энергии.

2. Способы уменьшения потерь и их применимость. Чтобы уменьшить потери, необходимо снижать либо сопротивление $\text{R}$ (использовать более толстые или сверхпроводящие провода, что очень дорого), либо силу тока $\text{I}$. Силу тока можно уменьшить, если повысить напряжение $\text{U}$ в линии, так как передаваемая мощность $\text{P}$ связана с током и напряжением соотношением $P = U \cdot I$. Отсюда $I = P/U$. Тогда формула потерь принимает вид:

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

Из этой формулы видно, что повышение напряжения в 10 раз уменьшает потери в 100 раз. Именно поэтому для передачи больших мощностей на большие расстояния строят высоковольтные линии электропередачи (ЛЭП) и используют повышающие и понижающие трансформаторы.

3. Экономическая нецелесообразность. Для электростанции малой мощности (10–15 кВт) строительство высоковольтной ЛЭП и установка дорогостоящих трансформаторов экономически невыгодны. Стоимость этой инфраструктуры будет несоизмеримо велика по сравнению со стоимостью самой станции и объемом вырабатываемой ею энергии. Если же передавать эту малую мощность на большое расстояние при низком напряжении, то сила тока будет относительно большой, что приведет к огромным процентным потерям энергии в проводах. Значительная часть сгенерированной энергии просто "потеряется" по дороге к потребителю.

Поэтому наиболее рациональным решением является размещение маломощных электростанций как можно ближе к потребителям, чтобы минимизировать длину проводов, их сопротивление и, как следствие, потери энергии, избегая при этом капитальных затрат на высоковольтное оборудование.

Ответ: Электростанции малой мощности строят вблизи места потребления, чтобы свести к минимуму потери электроэнергии в проводах. Передача малой мощности на большие расстояния неэффективна при низком напряжении (большие потери) и экономически невыгодна при высоком напряжении (требуется дорогостоящая инфраструктура в виде трансформаторов и высоковольтных линий).