Номер 1, страница 39, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 8. Электромагнитные колебания и волны. Параграф 71. Передача электрической энергии. Трансформатор. Вопросы и задания - номер 1, страница 39.

Условие.

1. Можно ли многократно уменьшить потери электроэнергии путём уменьшения сопротивления линии электропередачи?

Решение.

Решение

Потери электроэнергии в линиях электропередачи (ЛЭП) происходят в основном за счёт нагрева проводов, по которым течёт ток. Мощность этих потерь определяется законом Джоуля-Ленца:

$P_{потерь} = I^2 R_{л}$

где $\text{I}$ — сила тока в линии, а $R_{л}$ — сопротивление линии.

Из формулы видно, что мощность потерь прямо пропорциональна сопротивлению линии $R_{л}$. Следовательно, уменьшая сопротивление, можно уменьшить и потери электроэнергии. Сопротивление провода, в свою очередь, зависит от его геометрических размеров и материала:

$R_{л} = \rho \frac{l}{S}$

где $\rho$ — удельное сопротивление материала провода, $\text{l}$ — его длина, а $\text{S}$ — площадь поперечного сечения.

Чтобы уменьшить сопротивление $R_{л}$, можно либо использовать материал с меньшим удельным сопротивлением $\rho$, либо увеличить площадь поперечного сечения провода $\text{S}$ (длина $\text{l}$ обычно задана расстоянием до потребителя).

Рассмотрим эти способы. Во-первых, использование материала с меньшим удельным сопротивлением $\rho$. В ЛЭП уже используются материалы с очень низким удельным сопротивлением — алюминий и медь. Применение ещё лучших проводников (например, серебра) экономически нецелесообразно. Переход на сверхпроводники, имеющие нулевое сопротивление, на данный момент является технологически сложной и чрезвычайно дорогой задачей для протяжённых ЛЭП.

Во-вторых, увеличение площади поперечного сечения провода $\text{S}$. Этот способ действительно позволяет снизить сопротивление. Однако для многократного уменьшения потерь потребуется многократно увеличить площадь сечения. Например, чтобы уменьшить потери в 10 раз, нужно в 10 раз уменьшить сопротивление, а для этого — в 10 раз увеличить площадь сечения провода. Это приведёт к огромному увеличению массы и стоимости проводов, а также потребует установки более мощных и дорогих опор, способных выдержать такой вес. Поэтому данный способ экономически и технически невыгоден для многократного снижения потерь.

Таким образом, хотя уменьшение сопротивления линии и снижает потери, добиться этим способом их многократного уменьшения на практике невозможно из-за экономических и технических ограничений.

Гораздо более эффективным способом является уменьшение силы тока $\text{I}$, поскольку потери зависят от квадрата силы тока ($I^2$). Для передачи той же мощности $P = U I$ при меньшей силе тока необходимо повысить напряжение $\text{U}$. Именно поэтому для передачи электроэнергии на большие расстояния используют очень высокое напряжение (сотни тысяч вольт), что позволяет многократно снизить потери энергии.

Ответ: Нет, многократно уменьшить потери электроэнергии путём уменьшения сопротивления линии электропередачи на практике невозможно из-за огромных экономических затрат и технических сложностей. Хотя теоретически это возможно, существуют более эффективные методы. Основным способом многократного снижения потерь является повышение напряжения в линии, что приводит к уменьшению силы тока и, следовательно, к значительному сокращению потерь мощности, которые пропорциональны квадрату силы тока.