Номер 1, страница 182 - гдз по физике 9 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 3. Электромагнитные явления. Параграф 42. Передача электрической энергии. Вопросы для самопроверки - номер 1, страница 182.

Условие.

1. С чем связаны потери электроэнергии при передаче её на расстояние?

Решение.

Потери электроэнергии при передаче её на расстояние связаны в первую очередь с нагреванием проводов, по которым течет электрический ток. Это явление описывается законом Джоуля-Ленца.

Любой проводник, используемый для передачи электроэнергии (например, провода линии электропередачи), обладает электрическим сопротивлением $\text{R}$. При прохождении по нему электрического тока $\text{I}$ в течение времени $\text{t}$ выделяется количество теплоты $\text{Q}$, которое рассчитывается по формуле:

$Q = I^2 \cdot R \cdot t$

Эта выделяемая теплота и представляет собой потери электроэнергии. Энергия превращается во внутреннюю энергию проводника (нагревает его) и затем рассеивается в окружающую среду, не доходя до потребителя. Мощность тепловых потерь, соответственно, равна:

$P_{потерь} = I^2 \cdot R$

Из формулы видно, что потери напрямую зависят от сопротивления проводов $\text{R}$ и, что особенно важно, от квадрата силы тока $\text{I}$. Сопротивление проводов можно уменьшить, увеличивая их площадь поперечного сечения (делая провода толще) или используя материалы с меньшим удельным сопротивлением (например, медь вместо алюминия), однако это значительно увеличивает массу и стоимость линии электропередачи, что экономически не всегда целесообразно на больших расстояниях.

Основной способ уменьшения потерь заключается в уменьшении силы тока в линии. Мощность, передаваемая потребителю, равна $P = U \cdot I$, где $\text{U}$ – напряжение в линии. Отсюда силу тока можно выразить как $I = P / U$. Подставив это выражение в формулу мощности потерь, получим:

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

Эта формула показывает, что при передаче одной и той же мощности $\text{P}$ потери энергии обратно пропорциональны квадрату напряжения $\text{U}$. Таким образом, увеличив напряжение в 10 раз, можно уменьшить потери в 100 раз. Именно поэтому для передачи электроэнергии на большие расстояния напряжение на электростанциях значительно повышают с помощью повышающих трансформаторов (до сотен тысяч вольт). У мест потребления напряжение снова понижают до стандартных значений (например, 220 В или 380 В) с помощью понижающих трансформаторов.

Кроме основных тепловых потерь, существуют и другие, менее значительные виды потерь, например, потери на коронный разряд (ионизация и свечение воздуха вокруг проводов при очень высоких напряжениях) и диэлектрические потери в изоляции.

Ответ: Потери электроэнергии при передаче на расстояние связаны главным образом с тепловым действием тока (нагреванием проводов), которое описывается законом Джоуля-Ленца. Величина потерь пропорциональна сопротивлению проводов и квадрату силы тока в них. Для минимизации этих потерь при передаче на большие расстояния значительно повышают напряжение в линиях электропередачи.