Номер 5, страница 139 - гдз по физике 9 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 5. Электромагнитные колебания и волны. Параграф 26. Передача электрической энергии. Вопросы - номер 5, страница 139.

Условие.

5. Используя схему ЛЭП (см. рис. 145), объясните назначение повышающего и понижающего трансформаторов.

Рис. 145

Решение.

Назначение повышающего трансформатора

Электроэнергия вырабатывается на электростанциях при относительно невысоком напряжении (на схеме – 20 кВ). Для передачи этой энергии на большие расстояния необходимо минимизировать потери. Основные потери в линиях электропередач (ЛЭП) происходят из-за нагрева проводов, то есть, представляют собой тепловые потери мощности, которые рассчитываются по закону Джоуля–Ленца: $P_{потерь} = I^2 R$, где $\text{I}$ – сила тока в линии, а $\text{R}$ – сопротивление проводов.

Передаваемая мощность связана с напряжением и силой тока соотношением $P = UI$. Отсюда сила тока $I = P/U$. Подставив это выражение в формулу потерь, получим: $P_{потерь} = (P/U)^2 R = P^2 R / U^2$.

Из этой формулы видно, что при передаче одной и той же мощности $\text{P}$ потери энергии обратно пропорциональны квадрату напряжения ($P_{потерь} \sim 1/U^2$). Следовательно, чтобы уменьшить потери, необходимо значительно увеличить напряжение в линии. Повышающий трансформатор, установленный на выходе с электростанции, как раз и выполняет эту задачу: он увеличивает напряжение с 20 кВ до 500 кВ, что во столько же раз уменьшает силу тока и, соответственно, многократно снижает тепловые потери при передаче электроэнергии по высоковольтным ЛЭП.

Ответ: Повышающий трансформатор предназначен для увеличения напряжения, генерируемого электростанцией, с целью снижения потерь электроэнергии при её передаче на большие расстояния по линиям электропередач.

Назначение понижающего трансформатора

Электроэнергия по высоковольтным ЛЭП передается под очень высоким напряжением (на схеме – 500 кВ). Такое напряжение является чрезвычайно опасным для человека и совершенно непригодно для использования в бытовых и промышленных электроприборах, которые рассчитаны на стандартное низкое напряжение (на схеме – 220 В).

Поэтому перед подачей электроэнергии конечным потребителям (в жилые дома, на предприятия и т.д.) высокое напряжение необходимо понизить до безопасного и рабочего уровня. Эту задачу выполняют понижающие трансформаторы, которые устанавливаются на подстанциях вблизи населенных пунктов или промышленных объектов. Они уменьшают напряжение с сотен киловольт до стандартных значений (например, 220 В или 380 В), делая электроэнергию пригодной для безопасного использования потребителями. На схеме показан заключительный этап понижения напряжения до 220 В.

Ответ: Понижающий трансформатор предназначен для уменьшения высокого напряжения в линиях электропередач до низкого, безопасного и стандартного уровня, необходимого для работы бытовых и промышленных электроприборов у конечных потребителей.