Номер 4, страница 226 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

4. Как осуществляется передача электроэнергии от электростанции к потребителю?

4. Передача электроэнергии от электростанции к потребителю — это сложный многоступенчатый процесс, главной задачей которого является минимизация потерь энергии при транспортировке на большие расстояния.

Электроэнергия, вырабатываемая на электростанциях (ТЭС, ГЭС, АЭС) генераторами, имеет относительно невысокое напряжение (обычно 6–24 кВ). Передавать энергию при таком напряжении на большие расстояния неэффективно из-за значительных потерь. Потери мощности в линиях электропередачи (ЛЭП) происходят в основном за счет нагрева проводов электрическим током и определяются законом Джоуля-Ленца. Мощность потерь $P_{потерь}$ вычисляется по формуле:

$P_{потерь} = I^2 R$

где $I$ — сила тока в линии, а $R$ — сопротивление проводов. Сопротивление $R$ зависит от материала, длины и сечения проводов, и уменьшить его технически сложно и экономически невыгодно. Следовательно, для минимизации потерь необходимо уменьшать силу тока $I$.

Мощность, передаваемая по линии, равна $P = U I$, где $U$ — напряжение в линии. Чтобы при передаче той же мощности $P$ уменьшить силу тока $I$, необходимо во столько же раз увеличить напряжение $U$. Сила тока выражается как $I = \frac{P}{U}$. Подставив это выражение в формулу потерь, получим:

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

Из этой формулы видно, что потери мощности обратно пропорциональны квадрату напряжения. Таким образом, увеличив напряжение в 10 раз, мы уменьшим потери в 100 раз. Именно поэтому для передачи электроэнергии на дальние расстояния используют очень высокое напряжение.

Для изменения напряжения переменного тока используются трансформаторы. Процесс передачи электроэнергии выглядит следующим образом:

1. Повышение напряжения. На электростанции с помощью повышающего трансформатора напряжение, вырабатываемое генератором, повышается до сотен киловольт (например, 110 кВ, 220 кВ, 500 кВ, 750 кВ).
2. Передача по высоковольтным линиям. Электроэнергия под высоким напряжением передается по высоковольтным линиям электропередачи (ЛЭП) на большие расстояния к местам потребления.
3. Понижение напряжения. Вблизи городов и промышленных предприятий на крупных понижающих подстанциях высокое напряжение ступенчато понижается. Сначала до десятков киловольт (например, 35–110 кВ) для распределения по районам города или крупным заводам.
4. Распределение и конечное понижение. Далее, на местных распределительных подстанциях, напряжение понижается до 6–10 кВ. Наконец, с помощью трансформаторов, установленных непосредственно у потребителей (в трансформаторных будках), напряжение понижается до бытового уровня (например, 220 В для однофазной сети или 380 В для трехфазной сети).

Эта система, основанная на использовании трансформаторов, позволяет эффективно и с минимальными потерями доставлять электроэнергию от мест ее производства до конечных потребителей.

Ответ: Передача электроэнергии от электростанции к потребителю осуществляется по линиям электропередачи (ЛЭП) при очень высоком напряжении (сотни киловольт), которое создается повышающими трансформаторами на электростанции. Это позволяет уменьшить силу тока в проводах и, как следствие, минимизировать потери энергии на их нагрев. По мере приближения к потребителям напряжение многократно понижается с помощью понижающих трансформаторов на подстанциях до бытовых значений (220/380 В).