Страница 202 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Высоковольтные ЛЭП постоянного тока позволяют передавать электроэнергию с меньшими потерями, чем ЛЭП переменного тока. Как вы думаете, с чем связано повсеместное применение именно ЛЭП переменного тока?

Несмотря на то, что высоковольтные линии электропередачи (ЛЭП) постоянного тока действительно имеют меньшие потери при передаче энергии на сверхдальние расстояния, повсеместное применение получили именно ЛЭП переменного тока. Это связано с ключевым преимуществом переменного тока — возможностью легко и с высокой эффективностью изменять его напряжение с помощью трансформаторов.

Рассмотрим процесс передачи электроэнергии от электростанции к потребителю:

1. Генерация. Электроэнергия на электростанциях вырабатывается генераторами переменного тока (синхронными машинами) при относительно невысоких напряжениях (например, 10-20 кВ), так как это конструктивно проще и надежнее.
2. Трансформация (повышение напряжения). Для передачи энергии на большие расстояния необходимо минимизировать потери. Потери мощности в проводах определяются законом Джоуля-Ленца: $P_{потерь} = I^2 \cdot R$, где $I$ — сила тока, а $R$ — сопротивление линии. Передаваемая мощность равна $P = U \cdot I$. Чтобы уменьшить потери, нужно уменьшить силу тока $I$. Для передачи той же мощности $P$ при меньшем токе необходимо значительно увеличить напряжение $U$. С помощью повышающих трансформаторов напряжение на выходе с электростанции легко поднимается до сотен киловольт (110, 220, 500, 750 кВ).
3. Передача. Энергия передается по высоковольтным ЛЭП с высоким напряжением и, соответственно, малым током, что резко снижает потери.
4. Трансформация (понижение напряжения). Вблизи потребителей (городов, заводов) высокое напряжение опасно и непригодно для использования. Поэтому с помощью ряда понижающих трансформаторов на подстанциях напряжение ступенчато снижается до приемлемых для потребителей значений (например, 6-10 кВ для городских сетей и 380/220 В для конечных пользователей).

Трансформаторы — это очень простые, надежные и высокоэффективные устройства (КПД достигает 99% и выше), работающие исключительно на принципе электромагнитной индукции, то есть только с переменным током. Исторически и экономически изменять напряжение постоянного тока было крайне сложно. Лишь с развитием силовой электроники появились эффективные полупроводниковые преобразователи (инверторы и выпрямители), которые позволяют преобразовывать постоянный ток в переменный и обратно, а также изменять уровень напряжения постоянного тока. Однако эти системы значительно сложнее, дороже и имеют меньший КПД по сравнению с трансформаторами.

Кроме того, электродвигатели переменного тока (особенно асинхронные) конструктивно проще, дешевле и надежнее двигателей постоянного тока, что сделало их основными в промышленности и бытовой технике.

Таким образом, именно простота, надежность и дешевизна трансформации напряжения, позволяющая эффективно передавать электроэнергию на большие расстояния и безопасно распределять ее среди потребителей, стала решающим фактором для повсеместного внедрения систем переменного тока.

Ответ: Повсеместное применение ЛЭП переменного тока связано с тем, что напряжение переменного тока можно очень легко, дешево и с высокой эффективностью (с помощью трансформаторов) повышать для передачи на большие расстояния (чтобы минимизировать потери) и понижать для безопасного потребления. Преобразование уровней напряжения постоянного тока является значительно более сложным, дорогим и менее эффективным процессом.