Номер 6, страница 140 - гдз по физике 9 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 5. Электромагнитные колебания и волны. Параграф 26. Передача электрической энергии. Вопросы - номер 6, страница 140.

Условие.

6. Можно ли практически уменьшить потери электроэнергии в ЛЭП, уменьшив сопротивление проводов?

Решение.

Да, теоретически уменьшение сопротивления проводов линии электропередачи (ЛЭП) приведет к снижению потерь электроэнергии. Потери мощности при передаче тока определяются законом Джоуля-Ленца и рассчитываются по формуле:

$P_{потерь} = I^2 \cdot R$

где $\text{I}$ — сила тока в линии, а $\text{R}$ — сопротивление проводов. Из этой формулы очевидно, что чем меньше сопротивление $\text{R}$, тем меньше потери мощности $P_{потерь}$.

Сопротивление провода, в свою очередь, зависит от его характеристик:

$R = \rho \frac{L}{S}$

где $\rho$ (ро) — удельное сопротивление материала, $\text{L}$ — длина провода, $\text{S}$ — площадь его поперечного сечения.

Чтобы уменьшить сопротивление $\text{R}$, можно:

1. Использовать материал с меньшим удельным сопротивлением $\rho$.

2. Увеличить площадь поперечного сечения $\text{S}$ (т. е. сделать провода толще).

Рассмотрим практическую применимость этих способов.

1. Использование материала с меньшим $\rho$. В современных ЛЭП уже используются материалы с одним из самых низких удельных сопротивлений — алюминий и медь, которые обладают оптимальным соотношением проводимости, стоимости и массы. Использование материалов с лучшей проводимостью, например серебра, экономически невыгодно из-за их чрезвычайно высокой стоимости. Применение сверхпроводников ($\rho \approx 0$) на данный момент технологически очень сложно и дорого, так как требует поддержания сверхнизких температур на всей протяженности ЛЭП.

2. Увеличение площади сечения $\text{S}$. Этот способ используется на практике, но имеет серьезные экономические и технические ограничения. Увеличение толщины провода для уменьшения сопротивления приводит к:

• Резкому увеличению массы провода. Масса прямо пропорциональна площади сечения, поэтому, уменьшив сопротивление вдвое, мы вдвое увеличим вес провода.
• Значительному росту стоимости. Увеличится расход дорогостоящего металла (меди или алюминия).
• Необходимости усиления опор. Более тяжелые провода требуют установки более прочных, массивных и дорогих опор ЛЭП, а также их более частого расположения, что многократно увеличивает общую стоимость строительства.

Поэтому, хотя уменьшение сопротивления и снижает потери, на практике этот метод является экономически неэффективным. Основным и гораздо более действенным способом снижения потерь в ЛЭП является повышение напряжения передачи. Мощность потерь можно выразить через напряжение $\text{U}$ и передаваемую мощность $\text{P}$ ($P = U \cdot I$):

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

Из этой формулы видно, что потери обратно пропорциональны квадрату напряжения. Например, повышение напряжения в 10 раз снижает потери в 100 раз. Именно поэтому электроэнергию передают на большие расстояния при очень высоком напряжении (сотни тысяч вольт).

Ответ: Да, уменьшить потери электроэнергии в ЛЭП путем уменьшения сопротивления проводов практически возможно, но этот способ сопряжен со значительными экономическими и техническими трудностями. Увеличение толщины проводов ведет к резкому росту их массы и стоимости, а также требует более мощных и дорогих опор. Поэтому данный метод применяется ограниченно. Основным способом снижения потерь при передаче электроэнергии является повышение напряжения в линии.