Параграф 62 Физика 8 класс Пёрышкин | Конспект

Передача электрической энергии

Передача электроэнергии на большие расстояния от электростанций к потребителям осуществляется с помощью линий электропередач (ЛЭП). Для минимизации потерь энергии в проводах используют высоковольтные линии, так как при повышенном напряжении сила тока уменьшается, а вместе с ней и потери на нагревание проводов. Главная задача эффективной передачи электроэнергии — уменьшение потерь на нагревание проводников и снижение затрат на поддержание стабильности системы.

Потери электроэнергии и способы их уменьшения

При прохождении электрического тока по проводам энергия тратится на нагрев проводников согласно закону Джоуля-Ленца (Q=I²Rt). Этот закон показывает, что уменьшение потерь можно достигнуть либо за счет уменьшения силы тока, либо за счет снижения сопротивления проводников. Для этого применяют провода из меди или алюминия, обладающие малым удельным сопротивлением. Увеличение поперечного сечения проводов также снижает потери, но увеличивает стоимость и усложняет установку. Основной метод снижения потерь — увеличение напряжения в цепи, что достигается с помощью трансформаторов.

Роль трансформаторов в передаче энергии

Трансформаторы — это устройства, которые изменяют напряжение переменного тока, сохраняя его частоту. Они используются для повышения напряжения перед передачей энергии по ЛЭП и для понижения напряжения перед подачей на предприятия и в дома. Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции: изменение магнитного потока в первичной обмотке создает ток во вторичной обмотке. Число витков в обмотках определяет величину трансформации напряжения. Например, повышающий трансформатор увеличивает напряжение на выходе при большем числе витков во вторичной обмотке.

Схема передачи электроэнергии

На рисунке 177 показана типовая схема передачи электроэнергии от электростанций к потребителям. Генерируемое на электростанции напряжение сначала увеличивается до 400 кВ с помощью повышающих трансформаторов. Затем энергия передается по высоковольтным линиям, чтобы минимизировать потери на нагрев. На подстанциях напряжение снова понижается до 110-220 кВ для передачи на предприятия и в бытовые сети. В конечном итоге напряжение снижается до стандартных 220 В, подаваемых в дома и офисы. Такое многоуровневое преобразование позволяет эффективно распределять энергию на большие расстояния.

Виды трансформаторов и их применение

Трансформаторы делятся на силовые, масляные и сухие в зависимости от конструкции и области применения. Масляные трансформаторы охлаждаются маслом и используются в энергетике для преобразования высоких напряжений. Сухие трансформаторы применяются в местах, где требуется повышенная безопасность (например, в жилых зданиях). Каждый трансформатор подбирается с учетом нужного напряжения и мощности, чтобы избежать перегрузок и перегрева обмоток. Важно правильно выбрать трансформатор для каждой сети, так как неправильное напряжение может привести к потере мощности и авариям.

Преимущества переменного тока

Основное преимущество переменного тока заключается в его простоте трансформации. С помощью трансформаторов можно легко увеличивать и уменьшать напряжение, что делает передачу энергии экономически выгодной. Переменный ток легче распределять по большой территории и подключать к различным приборам. Это свойство обусловило его широкое применение в энергетике и быту. Для промышленных целей используются специальные трансформаторы, обеспечивающие высокое напряжение для крупных заводов и предприятий.