Номер 3, страница 182 - гдз по физике 9 класс учебник Пурышева, Важеевская

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

Условие.

3. Что необходимо сделать, чтобы уменьшить потери электроэнергии при передаче её на расстояние?

4. Как

Решение.

Решение

Потери электроэнергии при её передаче на расстояние по проводам происходят в основном из-за нагрева проводов, то есть преобразования электрической энергии во внутреннюю (тепловую) энергию. Этот процесс описывается законом Джоуля-Ленца. Мощность потерь $P_{потерь}$ в линии электропередачи (ЛЭП) можно рассчитать по формуле:
$P_{потерь} = I^2 R$
где $\text{I}$ — сила тока в линии, а $\text{R}$ — сопротивление проводов.

Из этой формулы видно, что для уменьшения потерь необходимо либо уменьшить сопротивление проводов $\text{R}$, либо уменьшить силу тока $\text{I}$.

Рассмотрим оба способа:

1. Уменьшение сопротивления R. Сопротивление провода определяется формулой $R = \rho \frac{L}{S}$, где $\rho$ — удельное сопротивление материала, $\text{L}$ — длина провода, $\text{S}$ — площадь его поперечного сечения. Уменьшить длину $\text{L}$ невозможно, так как расстояние до потребителя задано. Можно использовать материалы с меньшим удельным сопротивлением $\rho$ (например, медь вместо алюминия), но это дорого. Основной способ уменьшить $\text{R}$ — это увеличить площадь поперечного сечения $\text{S}$, то есть использовать более толстые провода. Однако это приводит к значительному увеличению массы и стоимости проводов, а также требует более прочных и дорогих опор. Поэтому этот способ экономически невыгоден.

2. Уменьшение силы тока I. Это наиболее эффективный и широко применяемый способ. Мощность, передаваемая по линии, равна $P_{пер} = U I$, где $\text{U}$ — напряжение в линии. Отсюда сила тока $I = \frac{P_{пер}}{U}$. Подставим это выражение в формулу для мощности потерь:
$P_{потерь} = I^2 R = (\frac{P_{пер}}{U})^2 R = \frac{P_{пер}^2 R}{U^2}$
Из полученной формулы видно, что при передаче одной и той же мощности ($P_{пер} = const$) потери обратно пропорциональны квадрату напряжения ($P_{потерь} \sim \frac{1}{U^2}$).

Следовательно, для существенного уменьшения потерь необходимо значительно повысить напряжение в линии электропередачи. Например, увеличение напряжения в 10 раз приведет к уменьшению потерь в $10^2 = 100$ раз. На практике это реализуется с помощью повышающих трансформаторов на электростанциях, которые увеличивают напряжение до сотен тысяч вольт перед передачей, и понижающих трансформаторов вблизи потребителей, которые снижают напряжение до безопасных значений (например, 220 В).

Ответ: Для уменьшения потерь электроэнергии при передаче её на расстояние необходимо повышать напряжение в линиях электропередачи.