Номер 1, страница 226 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

Вопросы после параграфа. § 62. Передача электрической энергии. Глава 3. Электромагнитные явления - номер 1, страница 226.

1. По какому физическому закону можно определить потери электроэнергии в ЛЭП и за счёт чего их можно уменьшить?

1. Потери электроэнергии в линиях электропередачи (ЛЭП) определяются по закону Джоуля-Ленца. Этот закон устанавливает, что количество теплоты $Q$, выделяемое в проводнике при прохождении по нему электрического тока, прямо пропорционально квадрату силы тока $I$, сопротивлению проводника $R$ и времени прохождения тока $t$.

Математически это выражается формулой: $Q = I^2 \cdot R \cdot t$.

Мощность потерь $P_{потерь}$, то есть энергия, теряемая в виде тепла в единицу времени, равна:

$P_{потерь} = \frac{Q}{t} = I^2 \cdot R$

Для уменьшения этих потерь, согласно формуле, необходимо уменьшить либо сопротивление проводов $R$, либо силу тока $I$.

Существует два основных способа уменьшения потерь:

Первый способ — уменьшение сопротивления $R$. Сопротивление проводника определяется формулой $R = \rho \frac{l}{S}$, где $\rho$ – удельное сопротивление материала, $l$ – длина провода, $S$ – площадь поперечного сечения. Уменьшить $R$ можно, во-первых, использованием материалов с низким удельным сопротивлением ($\rho$), например, меди или алюминия, и, во-вторых, увеличением площади поперечного сечения проводов ($S$). Однако второй путь приводит к значительному увеличению массы и стоимости проводов, а также требует более мощных опор ЛЭП.

Второй и наиболее эффективный способ — уменьшение силы тока $I$. Мощность, передаваемая по ЛЭП, равна $P_{пер} = U \cdot I$, где $U$ – напряжение в линии. Отсюда сила тока $I = \frac{P_{пер}}{U}$. Подставив это выражение в формулу мощности потерь, получим:

$P_{потерь} = \left(\frac{P_{пер}}{U}\right)^2 \cdot R = \frac{P_{пер}^2 \cdot R}{U^2}$

Из этой формулы видно, что потери мощности обратно пропорциональны квадрату напряжения. Следовательно, для передачи одной и той же мощности $P_{пер}$ выгоднее всего максимально увеличивать напряжение $U$. Например, при увеличении напряжения в 10 раз сила тока уменьшается в 10 раз, а тепловые потери уменьшаются в $10^2 = 100$ раз. Именно поэтому электроэнергию на большие расстояния передают при очень высоком напряжении (сотни киловольт).

Ответ: Потери электроэнергии в ЛЭП определяются по закону Джоуля-Ленца. Уменьшить их можно за счёт уменьшения сопротивления проводов (используя материалы с низким удельным сопротивлением и увеличивая их толщину) и, что наиболее эффективно, за счёт уменьшения силы тока путём повышения напряжения в линии электропередачи.

2.(Вопрос неполный. Предположительное окончание: "Для чего используют трансформаторы в сетях передачи электроэнергии?")

Трансформаторы используются для преобразования (повышения или понижения) напряжения переменного тока, что является ключевым элементом в системе передачи электроэнергии с минимальными потерями. Их основное назначение двойное:

1. Повышение напряжения. На электростанциях устанавливают повышающие трансформаторы. Они увеличивают напряжение, генерируемое генераторами (обычно до 10-20 кВ), до очень высоких значений (110, 220, 500, 750 кВ и выше) для передачи по магистральным ЛЭП. Как было показано в ответе на первый вопрос, это позволяет кардинально снизить потери энергии на нагрев проводов.

2. Понижение напряжения. На подстанциях вблизи потребителей устанавливают понижающие трансформаторы. Они в несколько этапов понижают высокое напряжение до уровней, безопасных и пригодных для использования в промышленности (например, 6-10 кВ) и в быту (220/380 В).

Таким образом, использование трансформаторов позволяет эффективно передавать электроэнергию на большие расстояния с малыми потерями и безопасно распределять её среди конечных потребителей.

Ответ: Трансформаторы используются для повышения напряжения на электростанциях перед передачей электроэнергии на большие расстояния (чтобы снизить потери) и для последующего понижения напряжения на подстанциях перед доставкой потребителям до безопасных и рабочих значений.