Номер 6, страница 191 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Глава 5. Электромагнитные явления. Параграф 46. Производство и передача электрической энергии. Вопросы - номер 6, страница 191.

Условие.

6. В чём причина бесполезных потерь энергии в линиях электропередачи?

Решение.

6. Основная причина бесполезных потерь энергии в линиях электропередачи — это нагрев проводов при прохождении по ним электрического тока. Это явление связано с тем, что любой реальный проводник обладает электрическим сопротивлением. При протекании тока электроны сталкиваются с ионами кристаллической решетки металла, передавая им часть своей энергии, что приводит к увеличению внутренней энергии проводника, то есть к его нагреву. Эта тепловая энергия рассеивается в окружающее пространство и является безвозвратной потерей.

Этот процесс описывается законом Джоуля-Ленца. Мощность тепловых потерь $P_{потерь}$ в линии определяется формулой:

$P_{потерь} = I^2 \cdot R$

где $\text{I}$ — сила тока в линии, а $\text{R}$ — её активное сопротивление. Из формулы видно, что потери энергии наиболее сильно зависят от силы тока (в квадратичной зависимости) и от сопротивления проводов. Существуют и другие, менее значительные виды потерь, например, потери на коронный разряд (свечение воздуха вокруг проводов высокого напряжения) и утечки тока через изоляторы.

Ответ: Главной причиной потерь энергии в ЛЭП является преобразование части электрической энергии в теплоту из-за наличия электрического сопротивления у проводов, по которым течет ток.

7. Для уменьшения потерь энергии в линиях электропередачи, согласно формуле $P_{потерь} = I^2 \cdot R$, необходимо уменьшать либо сопротивление линии $\text{R}$, либо силу тока $\text{I}$.

1. Уменьшение сопротивления $\text{R}$. Сопротивление провода вычисляется по формуле $R = \rho \frac{L}{S}$ (где $\rho$ — удельное сопротивление материала, $\text{L}$ — длина, $\text{S}$ — площадь поперечного сечения). Снизить $\text{R}$ можно, увеличивая площадь сечения $\text{S}$ (используя более толстые провода) или применяя материалы с низким удельным сопротивлением $\rho$ (например, медь). Однако эти методы ведут к значительному удорожанию и утяжелению линии, что не всегда экономически целесообразно.

2. Уменьшение силы тока $\text{I}$. Этот способ является наиболее эффективным, так как потери зависят от квадрата силы тока. Мощность, передаваемая по линии, равна $P = U \cdot I$, где $\text{U}$ — напряжение. Отсюда сила тока $I = \frac{P}{U}$. Подставив это выражение в формулу потерь, получаем:

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

Из этой формулы следует, что при передаче одной и той же мощности $\text{P}$ потери обратно пропорциональны квадрату напряжения $\text{U}$. Поэтому, повышая напряжение, можно значительно сократить потери. Например, увеличение напряжения в 10 раз уменьшает потери в 100 раз. Для этого перед передачей электроэнергии её напряжение повышают с помощью трансформаторов до очень высоких значений (сотни тысяч вольт), а вблизи потребителей напряжение понижают до безопасных и стандартных значений.

Ответ: Основные способы уменьшения потерь в ЛЭП — это уменьшение сопротивления проводов и, что наиболее эффективно, повышение напряжения передачи с помощью трансформаторов, что позволяет значительно снизить силу тока и, следовательно, тепловые потери.