Номер 704, страница 107 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Электромагнитное поле. Получение и передача переменного тока. Трансформатор - номер 704, страница 107.

Условие.

704. В чём причина того, что электростанции малой мощности (до 10—15 кВт) строят обычно на небольшом расстоянии от места потребления электроэнергии?

Решение.

Решение

Причина, по которой электростанции малой мощности (до 10–15 кВт) строят близко к потребителям, заключается в экономической нецелесообразности и технической неэффективности передачи малых мощностей на большие расстояния. Это связано с потерями электроэнергии в линиях электропередачи (ЛЭП).

1. Потери энергии в проводах. При протекании тока по проводам часть энергии преобразуется в тепло и теряется. Мощность этих потерь ($P_{потерь}$) описывается законом Джоуля-Ленца:

$P_{потерь} = I^2 \cdot R$,

где $I$ – сила тока, а $R$ – сопротивление проводов. Сопротивление линии электропередачи прямо пропорционально её длине $l$ ($R \sim l$). Следовательно, чем больше расстояние передачи, тем выше потери.

2. Снижение потерь при передаче больших мощностей. Полная передаваемая мощность $P$ равна произведению напряжения $U$ на силу тока $I$ ($P = U \cdot I$). Отсюда сила тока $I = P/U$. Подставив это в формулу потерь, получим:

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

Из этой формулы видно, что потери обратно пропорциональны квадрату напряжения. Поэтому для передачи больших мощностей на дальние расстояния напряжение сильно повышают (до сотен киловольт) с помощью трансформаторов. Это позволяет значительно снизить силу тока и, как следствие, минимизировать потери энергии. Несмотря на дороговизну высоковольтного оборудования, это экономически оправдано для крупных электростанций.

3. Ситуация для маломощных станций. Для станций малой мощности (10–15 кВт) такой подход невыгоден:

- Передавать малую мощность на большое расстояние при низком напряжении (например, 220/380 В) нельзя, так как из-за большого сопротивления длинных проводов относительные потери энергии ($P_{потерь}/P$) будут очень велики. Большая часть выработанной энергии просто уйдет на нагрев проводов.

- Строить для передачи малой мощности дорогостоящую высоковольтную линию с повышающими и понижающими трансформаторами экономически нецелесообразно. Стоимость такой инфраструктуры может многократно превысить стоимость самой электростанции.

Таким образом, единственным эффективным и экономически оправданным решением является максимальное сокращение расстояния между маломощной электростанцией и потребителем. Это позволяет передавать энергию с приемлемыми потерями при стандартном низком напряжении, не прибегая к дорогостоящим технологиям.

Ответ: Электростанции малой мощности строят вблизи потребителей для минимизации потерь электроэнергии в проводах и снижения затрат. Передача электроэнергии на большие расстояния сопряжена со значительными потерями мощности, которые можно снизить только путем повышения напряжения. Однако для маломощных станций строительство дорогих высоковольтных линий и установка трансформаторов экономически невыгодны. Поэтому, чтобы обеспечить эффективную и дешевую доставку энергии, расстояние передачи делают как можно меньшим.