Номер 5, страница 200 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

5. По какому физическому закону можно определить потери электроэнергии в ЛЭП и за счёт чего их можно уменьшить?

5. Потери электроэнергии в линиях электропередачи (ЛЭП) в основном происходят из-за нагрева проводов при прохождении по ним электрического тока. Этот процесс описывается законом Джоуля-Ленца.

Согласно этому закону, количество теплоты $Q$, выделяющееся в проводнике, прямо пропорционально квадрату силы тока $I$, сопротивлению проводника $R$ и времени прохождения тока $t$: $Q = I^2 \cdot R \cdot t$

Мощность потерь $P_{потерь}$, то есть энергия, теряемая в единицу времени, соответственно, равна: $P_{потерь} = I^2 \cdot R$

Из этой формулы видно, что уменьшить потери электроэнергии можно двумя способами:

1. Уменьшение сопротивления $R$ проводов. Сопротивление проводника определяется формулой $R = \rho \frac{L}{A}$, где $\rho$ – удельное сопротивление материала, $L$ – длина, $A$ – площадь поперечного сечения. Следовательно, для уменьшения сопротивления можно:
   • Использовать материалы с низким удельным сопротивлением, например, медь или алюминий.
   • Увеличивать площадь поперечного сечения проводов (делать их толще). Однако это приводит к значительному увеличению массы и стоимости ЛЭП.
2. Уменьшение силы тока $I$. Это наиболее эффективный способ, так как мощность потерь зависит от силы тока в квадрате ($I^2$). Например, уменьшение силы тока в 2 раза приведет к уменьшению потерь в 4 раза. Чтобы передать ту же самую мощность $P_{передаваемая} = U \cdot I$ при меньшей силе тока, необходимо увеличить напряжение $U$. Для этого на электростанциях используют повышающие трансформаторы, которые увеличивают напряжение до сотен тысяч вольт перед передачей по ЛЭП. У конечного потребителя напряжение понижают до бытовых значений (например, 220 В) с помощью понижающих трансформаторов.

Ответ: Потери электроэнергии в ЛЭП определяются по закону Джоуля-Ленца ($P_{потерь} = I^2 \cdot R$). Уменьшить их можно за счет снижения сопротивления проводов (используя материалы с низким удельным сопротивлением и увеличивая их толщину) и, что наиболее эффективно, за счет уменьшения силы тока путем повышения напряжения передачи с помощью трансформаторов.

6. (Вопрос на изображении неполный. Предположим, что полный вопрос звучит так: «Для чего при уменьшении силы тока при передаче электроэнергии необходимо увеличивать напряжение?»)

Это необходимо для того, чтобы сохранить величину передаваемой мощности. Мощность электрического тока $P$, которую генератор отдает в линию электропередачи, определяется как произведение напряжения $U$ на силу тока $I$: $P = U \cdot I$

Задача состоит в том, чтобы доставить потребителю определенную мощность $P$. Как было показано в ответе на предыдущий вопрос, для снижения потерь необходимо уменьшать силу тока $I$. Однако, если просто уменьшить силу тока, то, согласно формуле, уменьшится и передаваемая мощность.

Чтобы передаваемая мощность $P$ осталась неизменной при уменьшении силы тока $I$, необходимо во столько же раз увеличить напряжение $U$. Например, если уменьшить силу тока в 10 раз, то для сохранения мощности нужно увеличить напряжение в 10 раз. Именно эту функцию выполняют повышающие трансформаторы на электростанциях перед ЛЭП.

Ответ: При передаче электроэнергии напряжение увеличивают для того, чтобы сохранить передаваемую мощность ($P = U \cdot I$) при одновременном уменьшении силы тока, что, в свою очередь, необходимо для минимизации потерь энергии на нагрев проводов.