Номер 6, страница 200 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

6. Для чего при уменьшении силы тока во столько же раз повышают его напряжение перед подачей в ЛЭП?

При передаче электрической энергии по проводам линий электропередачи (ЛЭП) на большие расстояния возникают неизбежные потери энергии. Эти потери в основном связаны с нагревом проводов, по которым течет электрический ток. Количество теплоты, выделяемое в проводах, и, соответственно, мощность потерь ($P_{потерь}$) описывается законом Джоуля-Ленца:

$P_{потерь} = I^2 \cdot R$

где $I$ — это сила тока, протекающего по проводам, а $R$ — электрическое сопротивление этих проводов. Из данной формулы видно, что мощность потерь зависит от силы тока в квадратичной степени. Это значит, что для эффективного уменьшения потерь необходимо в первую очередь снижать силу тока в ЛЭП.

С другой стороны, мощность, которую необходимо передать потребителю ($P_{передаваемая}$), связана с силой тока и напряжением $U$ в линии следующим соотношением:

$P_{передаваемая} = U \cdot I$

Чтобы передать потребителю требуемую мощность при низкой силе тока $I$, необходимо увеличить напряжение $U$. Выразим силу тока из этой формулы: $I = \frac{P_{передаваемая}}{U}$.

Теперь подставим это выражение в формулу для мощности потерь:

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

Эта формула наглядно демонстрирует, что при передаче постоянной мощности ($P_{передаваемая} = \text{const}$) по линии с постоянным сопротивлением ($R = \text{const}$), потери мощности обратно пропорциональны квадрату напряжения ($P_{потерь} \propto \frac{1}{U^2}$).

Таким образом, если увеличить напряжение в $n$ раз, то для передачи той же мощности силу тока можно уменьшить в $n$ раз. Это приведет к уменьшению потерь энергии на нагрев проводов в $n^2$ раз. Именно по этой причине на электростанциях с помощью повышающих трансформаторов напряжение увеличивают до очень высоких значений (сотни тысяч вольт) перед подачей в магистральные ЛЭП. У конечных потребителей напряжение снова понижают до стандартных значений (например, 220 В) с помощью понижающих трансформаторов.

Ответ:

При передаче электроэнергии по линиям электропередачи (ЛЭП) напряжение повышают для того, чтобы минимизировать потери мощности. Потери мощности в проводах из-за их нагрева пропорциональны квадрату силы тока ($P_{потерь} \propto I^2$). Согласно формуле мощности $P = U \cdot I$, для передачи постоянной мощности $P$, увеличение напряжения $U$ в $n$ раз позволяет уменьшить силу тока $I$ в $n$ раз. В результате этого мощность потерь снижается в $n^2$ раз, что делает передачу электроэнергии на большие расстояния экономически выгодной и эффективной.