Номер 839, страница 133 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Электромагнитные явления. Способы получения и передачи электроэнергии. Трансформатор - номер 839, страница 133.

Условие.

839. Почему трансформация нужна при передаче энергии именно на дальнее расстояние?

Решение.

839. Трансформация необходима при передаче электроэнергии на дальние расстояния для того, чтобы минимизировать потери энергии в проводах линий электропередачи (ЛЭП).

Решение

При передаче электрического тока по проводам неизбежно происходит потеря части энергии из-за их нагрева. Мощность этих потерь ($P_{потерь}$) определяется законом Джоуля-Ленца:

$P_{потерь} = I^2 \cdot R$

где $\text{I}$ — это сила тока в проводах, а $\text{R}$ — их электрическое сопротивление. Сопротивление проводов, в свою очередь, прямо пропорционально их длине $\text{L}$. При передаче энергии на дальние расстояния длина проводов велика, следовательно, велико и их сопротивление $\text{R}$.

Из формулы видно, что потери мощности особенно сильно зависят от силы тока (пропорциональны $I^2$). Это означает, что для снижения потерь наиболее эффективным способом является уменьшение силы тока в ЛЭП.

Мощность, которую передают по линии электропередачи ($P_{передачи}$), равна произведению напряжения $\text{U}$ на силу тока $\text{I}$:

$P_{передачи} = U \cdot I$

Чтобы передать заданную мощность $P_{передачи}$ при меньшей силе тока $\text{I}$, необходимо соответственно увеличить напряжение $\text{U}$. Например, если увеличить напряжение в 100 раз, то для передачи той же мощности сила тока уменьшится в 100 раз, а потери мощности в проводах ($P_{потерь}$) сократятся в $100^2 = 10000$ раз.

Именно эту задачу и решают трансформаторы. На электростанциях с помощью повышающих трансформаторов напряжение переменного тока увеличивают до очень высоких значений (сотни киловольт), что приводит к соответствующему уменьшению силы тока. Затем электроэнергия с минимальными потерями передается по высоковольтным линиям. В местах потребления (городах, на заводах) с помощью понижающих трансформаторов напряжение снижают до безопасных и стандартных для бытовых и промышленных приборов значений (например, 220 В).

Таким образом, без трансформации передача электроэнергии на большие расстояния была бы крайне неэффективной и экономически нецелесообразной из-за огромных потерь энергии.

Ответ: Трансформация (повышение напряжения) при передаче энергии на дальние расстояния необходима для уменьшения силы тока в проводах. Это позволяет многократно снизить потери мощности на нагрев проводов ($P_{потерь} = I^2 \cdot R$), которые были бы очень велики из-за большого сопротивления длинных линий электропередачи.