Почему электрическую энергию передают на большие расстояния под высоким напряжением?
Главная причина потерь при передаче электроэнергии — нагревание проводов, то есть превращение электрической энергии во внутреннюю.
Напомним, что согласно закону Джоуля-Ленца при прохождении тока в проводнике выделяется количество теплоты где — сила тока, — сопротивление проводника, — время прохождения тока (см. § 10. Работа и мощность постоянного тока). Следовательно, чтобы уменьшить нагревание проводов, надо уменьшать их сопротивление и силу тока в них.
Чтобы уменьшить сопротивление проводов, увеличивают их диаметр, но очень толстые провода слишком тяжелы и, кроме того, на них пошло бы много дорогой меди. Так что «главный резерв» борьбы с потерями — уменьшение силы тока в проводах.
Силу тока действительно можно уменьшить, причем многократно, но — ценой повышения напряжения во столько же раз, так как передаваемая потребителю мощность равна произведению где — напряжение в сети.
При заданной мощности сила тока Подставляя это выражение в выражение получаем откуда следует, что при заданной передаваемой мощности и заданном сопротивлении проводов «тепловые потери» в проводах обратно пропорциональны квадрату напряжения
А это значит, что при повышении напряжения в тысячу раз потери на нагревание проводов уменьшаются в миллион раз!
Смотрите также похожие статьи.
- Вопросы и задания к параграфу § 16. Производство, передача и потребление электроэнергии
Учебник по Физике для 11 класса -> Электродинамика - 2. Передача и потребление электроэнергии
Учебник по Физике для 11 класса -> Электродинамика - Почему при ударе возникают большие силы?
Иллюстрации по физике для 10 класса -> Законы сохранения в механике - НЬЮТОН ИСААК
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике - Почему поезд трогается с места плавно?
Иллюстрации по физике для 10 класса -> Законы сохранения в механике - Использование солнечной энергии
Учебник по Физике для 11 класса -> Электродинамика - Почему скрипки и гитары имеют продолговатую форму?
Иллюстрации по физике для 10 класса -> Механические колебания и волны - Отдача пушки
Иллюстрации по физике для 10 класса -> Законы сохранения в механике - Груз и тележка
Иллюстрации по физике для 10 класса -> Законы сохранения в механике - Перетягивание каната
Иллюстрации по физике для 10 класса -> Законы сохранения в механике - Столкновение одинаковых шаров
Иллюстрации по физике для 10 класса -> Законы сохранения в механике - Работа постоянной силы, направленной под углом к перемещению
Иллюстрации по физике для 10 класса -> Законы сохранения в механике - Закон сохранения импульса
Иллюстрации по физике для 10 класса -> Законы сохранения в механике - Почему мы не ощущаем движения Земли?
Иллюстрации по физике для 10 класса -> Динамика - Как можно использовать внутреннюю энергию?
Учебник по Физике для 10 класса -> Молекулярная физика и термодинамика - Измерение скоростей молекул
Учебник по Физике для 10 класса -> Молекулярная физика и термодинамика - Почему движение молекул никогда не прекращается?
Учебник по Физике для 10 класса -> Молекулярная физика и термодинамика - Почему скрипки и гитары имеют продолговатую форму?
Учебник по Физике для 10 класса -> Механика - Переносят ли волны вещество и энергию?
Учебник по Физике для 10 класса -> Механика - Работа постоянной силы, направленной под углом к перемещению
Учебник по Физике для 10 класса -> Механика - Почему при ударе возникают большие силы?
Учебник по Физике для 10 класса -> Механика - Как зависит сила притяжения тел от расстояния между ними?
Учебник по Физике для 10 класса -> Механика - Почему мы не ощущаем движения Земли?
Учебник по Физике для 10 класса -> Механика - Решение к задаче 3. Поворот автомобиля на горизонтальной дороге.
Учебник по Физике для 10 класса -> Механика - Вопросы к параграфу § 12. Сила тяжести. Движение под действием силы тяжести
Учебник по Физике для 10 класса -> Механика - Движение по параболе под действием силы тяжести (вблизи поверхности Земли)
Учебник по Физике для 10 класса -> Механика - Поставим опыт к теме По какой траектории движется тело, брошенное горизонтально или под углом к горизонту?
Учебник по Физике для 10 класса -> Механика - Как определили расстояния до квазаров?
Учебник по Физике для 11 класса -> Строение и эволюция Вселенной - Как были определены расстояния до далеких звезд?
Учебник по Физике для 11 класса -> Строение и эволюция Вселенной - Расстояния до ближайших звезд
Учебник по Физике для 11 класса -> Строение и эволюция Вселенной - 1. Расстояния до звезд
Учебник по Физике для 11 класса -> Строение и эволюция Вселенной - 2. «Ультрафиолетовая катастрофа»
Учебник по Физике для 11 класса -> Квантовая физика - Сколько цветов на экране телевизора и дисплее компьютера?
Учебник по Физике для 11 класса -> Электродинамика - Зачем нужны телебашни и спутники связи?
Учебник по Физике для 11 класса -> Электродинамика - Где производят электроэнергию?
Учебник по Физике для 11 класса -> Электродинамика - Определение направления индукционного тока
Учебник по Физике для 11 класса -> Электродинамика - Почему между проводниками с током есть только магнитное взаимодействие?
Учебник по Физике для 11 класса -> Электродинамика - Почему электрическое поле действует на незаряженные предметы?
Учебник по Физике для 11 класса -> Электродинамика - Почему волны должны были бы отобрать у частиц всю энергию теплового движения?
Иллюстрации по физике для 11 класса -> Квантовая физика - Почему небо голубое, а Солнце — желтоватое?
Иллюстрации по физике для 11 класса -> Электродинамика - Почему мыльные пузыри кажутся разноцветными?
Иллюстрации по физике для 11 класса -> Электродинамика - Расстояния до звезд
Интересное о физике -> Энциклопедия по физике - Движение тела, брошенного под углом к горизонту
Интересное о физике -> Энциклопедия по физике - Движение под действием силы тяжести
Интересное о физике -> Энциклопедия по физике - Импульс
Интересное о физике -> Энциклопедия по физике - ФАРАДЕЙ МАЙКЛ (1791-1867)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике - ПОПОВ АЛЕКСАНДР СТЕПАНОВИЧ (1859-1906)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике - ОМ ГЕОРГ СИМОН (1789-1854)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике - МАКСВЕЛЛ ДЖЕЙМС КЛЕРК (1831-1879)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике - ГЕРШЕЛЬ УИЛЬЯМ (1738-1822)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике - МАЙЕР ЮЛИУС РОБЕРТ (1814 –1878)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике - КАВЕНДИШ ГЕНРИ (1731 – 1810)
Интересное о физике -> Рассказы об ученых по физике - Изменение внутренней энергии посредством совершения работы
Иллюстрации по физике для 10 класса -> Термодинамика - Изменение внутренней энергии посредством теплопередачи
Иллюстрации по физике для 10 класса -> Термодинамика - Притяжение двух материальных точек
Иллюстрации по физике для 10 класса -> Динамика - Движение земли вокруг солнца
Иллюстрации по физике для 10 класса -> Кинематика - Перелет самолета между двумя городами
Иллюстрации по физике для 10 класса -> Кинематика - Ход лабораторной работы 2. Изучение движения тела, брошенного горизонтально
Учебник по Физике для 10 класса -> Лабораторные работы - Изменение внутренней энергии посредством совершения работы
Учебник по Физике для 10 класса -> Молекулярная физика и термодинамика - Главное в главе 6. Термодинамика
Учебник по Физике для 10 класса -> Молекулярная физика и термодинамика - Пример к теме Удельная теплота плавления
Учебник по Физике для 10 класса -> Молекулярная физика и термодинамика - Способы изменения внутренней энергии
Учебник по Физике для 10 класса -> Молекулярная физика и термодинамика - Вопросы к параграфу § 32. Второй закон термодинамики. Охрана окружающей среды
Учебник по Физике для 10 класса -> Молекулярная физика и термодинамика - Примеры изменений внутренней энергии
Учебник по Физике для 10 класса -> Молекулярная физика и термодинамика
Электродинамика
Copyright © 2013-2023 Физика Класс. FizikaKlass.ru. Сайт, посвященный науке физике. Статьи, иллюстрации, вопросы и ответы по физике. Рассказы об ученых физики, а также большая физическая энциклопедия.
1. Передача электрической энергии на расстояние
Электрическая энергия является ценным энергоресурсом, что обуславливает ее использование при преобразованиях в другие виды энергии, а также передачу ее потребителям на любые расстояния.
Как известно, электроэнергию вырабатывают на электростанциях и передают потребителям на большие расстояния с помощью линий электропередачи (ЛЭП). Но при передаче электрической энергии по проводам часть энергии тратится на нагревание проводов линий электропередачи.
Теплота \(Q\), выделяемая током в проводнике, определяется по формуле закона Джоуля — Ленца: Q = I 2 Rt .
Очевидно, чтобы уменьшить потери тепловой энергии в проводах, нужно либо уменьшать силу тока, либо уменьшать сопротивление.
Сопротивление проводника вычисляется по формуле: R = ρ l S .
Объединив эти формулы, получим следующее выражение: Q = I 2 ρ l S t .
Чтобы уменьшить сопротивление линии, используют провода, изготовленные из материала с малым удельным сопротивлением (обычно медь или алюминий), и увеличивают их поперечное сечение. Однако этот путь малоэффективен — провода должны иметь малую массу. Противоречия в требованиях массы малой массы и малого удельного сопротивления с большим поперечным сечением не нашли своего решения. Поэтому используют высоковольтные линии передач.
Обрати внимание!
Для уменьшения силы тока при сохранении мощности (\(P = IU\)) повышают напряжение, т. е. ток трансформируют.
Для этого на территории электростанции устанавливают повышающие трансформаторы .
Электроприборы в домах рассчитаны на напряжение, отличающееся от передаваемого по ЛЭП. Поэтому существуют подстанции, на которых напряжение понижается до потребительского значения (\(220\) В).
5.22. Высоковольтные линии передачи
Почему электрическую энергию передают при высоких напряжениях и малых токах, а не при низких напряжениях и больших токах? Поскольку мощность — это произведение тока на напряжение, в этих двух случаях мощность должна быть одной и той же. Почему передача происходит с использованием переменного тока (обозначается буквами АС), который изменяется как по направлению, так и по величине, а не постоянного тока (обозначается буквами DC), который не меняется?
Когда высоковольтная линия передачи требует ремонта, компания-поставщик не может просто отключить ее, поскольку для этого иногда пришлось бы оставить без света целый город. Ремонт должен проходить при работающей, то есть находящейся под напряжением, линии. Оборудование, необходимое для ремонта, включает в себя вертолет, зависающий над высоковольтной линией, к посадочному шасси которого приделана платформа, и на одном ее конце сидит техник-ремонтник. Почему, когда техник приближается к проводу и берется за него, его не бьет током?
В ряде районов высоковольтные линии представляют собой главную угрозу для популяции птиц. Очевидно, птицы могут пораниться или погибнуть, если врежутся в провод. Но опасность их подстерегает и если они сядут на провод, опору или вышку, к которой крепятся высоковольтные провода, как на насест. Почему?
ОТВЕТ • Когда электрический ток идет по проводам, часть электрической энергии теряется, превращаясь в тепловую энергию, поскольку электроны (их перенос и образует ток) при движении по электрической цепи сталкиваются с атомами. Количество теряемой при столкновениях электрической энергии пропорционально сопротивлению провода и квадрату тока. И поэтому, чтобы уменьшить потери, для передачи электрической энергии нужно использовать малые токи. Так что если требуется передать достаточно большую энергию, напряжение должно быть высоким (сегодня самые высоковольтные эксплуатирующиеся линии — на 500 или 765 кВ). В цепях, предназначенных для снабжения электроэнергией домов, ставится трансформатор, понижающий напряжение до необходимого уровня и повышающий ток, значение которого ограничивается сверху с помощью электрических реле и плавких предохранителей.
Вначале поставщиком электричества в США была компания Томаса Эдисона, и при передаче энергии использовался постоянный ток. Позже энергию стала поставлять компания Джорджа Вестингауза, и она использовала уже переменный ток. Соперничество компаний было довольно жестким, каждая из них стремилась доказать, что именно ее способ передачи безопаснее, чем способ конкурента. Представители Эдисона провели ряд демонстраций, на которых безжалостно подвергали ударам тока собак, чтобы показать, насколько опасен переменный ток. Однако в конце концов Вестингауз выиграл соревнование, в основном по практическим соображениям. Он смог передавать энергию при высоком напряжении, а затем с помощью трансформаторов понижать его и подавать в таком виде в дома. Преобразовать низкое постоянное напряжение в высокое (для передачи) и обратно в низкое (для потребителя) в то время было крайне трудно. Сегодня это преобразование осуществляется полупроводниковыми приборами, и если бы человечество сегодня делало выбор между постоянным и переменным напряжением, все могло бы сложиться иначе.
Когда техник приближается к проводу находящейся под напряжением высоковольтной линии передачи, электрическое поле, которым окружен провод, наводит на его тело потенциал, почти равный потенциалу провода. Чтобы уравнять потенциалы, техник протягивает к проводу проводящий шест, и между внешним концом шеста и проводом может проскочить искра, отчего рука может слегка онеметь. Чтобы избежать удара током, техник должен быть изолирован от всех предметов, электрически замкнутых на землю, а его тело должно все время находиться при одном и том же потенциале, равном потенциалу провода, по которому идет ток и с которым он собирается работать. Для этого он надевает комбинезон, шапку и перчатки из проводящего материала и с помощью проводящего шеста подсоединяется к проводу.
Птица может сидеть на высоковольтном проводе и чувствовать себя в безопасности, поскольку ее сопротивление току гораздо больше, чем сопротивление участка провода между ее лапками. Однако если большая птица опустится на провод достаточно близко к заземленной опоре высоковольтной линии, она может закоротить цепь, и возникнет то, что называется пробоем: ток потечет в землю через птицу и убьет ее.
Хотя этот вид пробоя иногда случается, гораздо более вероятен другой его вид, связанный с птичьим пометом. Если птица сядет на какую-то часть заземленной опоры, например на перекладину, под которой натянут провод, то жидкие экскременты могут образовать электрическую цепь, соединяющую птицу с проводом, в результате возникнет пробой. Проблемы могут возникнуть и из-за накопления на проводах экскрементов, пусть даже и твердых. Ведь дождь, град или снег могут их размочить, и электрическая цепь с проводом замкнется. В районах, где бывает много снега и льда, замыкание электрических цепей вообще является проблемой, а птичий помет усугубляет дело, поскольку способность воды проводить ток возрастает при растворении в ней ионов, содержащихся в экскрементах.
Почему электроэнергию передают на большие расстояния при высоком напряжении, но маленьком токе.
Мощность является произведением напряжения на ток. То есть одну и ту же мощность можно передать большим током и низким напряжением, а можно наоборот. Для уменьшения потерь при прохождении тока (потери на нагрев проводов) нужно уменьшить сопротивление проводов. Это можно сделать увеличив их площадь сечения. Это позволит увеличить пропускаемый ток и таким образом увеличить передаваемую мощность.
Можно увеличить напряжение, сделав более надежную изоляцию. При этом увеличивать сечение проводов не обязательно, так как величина тока остается прежней.
Делаем вывод, что выгодней усилить изоляцию проводов и поднять напряжение, чем увеличивать толщину проводов и поднимать ток.
Остальные ответы
Вспомни Ждоуля с Ленцем, точнее их закон для тепла, выделяемого при прохождении тока
По закону Ома
Теслу еще вспомни) , передал, так передал)
Главная задача это передача мощности на расстоянии. Для электричества, мощность — произведение тока на напряжение. Нагрев проводов и лишняя потеря мощности при передаче, напрямую зависит только от величины протекающего тока. Поэтому при передачи энергии электричеством стараются уменьшить ток, уменьшая потери, но увеличить напряжение, чтобы в сумме получить как можно большую мощность.
Дело в том, что при большом токе — больше падение напряжения.
Мощность- произведение тока и напряжения.
Чтобы передать одну и ту же мощность надо увеличить либо напряжение, либо ток.
Если увеличить ток, то падение напряжения в конечной точке будет тем больше, чем больше ток.
для примера возьмем сеть 220 вольт. .
сопротивление провода 0,1 ом
ток 10 Ампер
узнаем напряжение, которое будет затрачено на проводах (падение напряжения)
ток умножаем на сопротивление: 10*0,1=1 Вольт, т. е.
к потребителю придет
220-1= 219 Вольт
теперь представим что ток не 10, а 1000 Ампер
1000*0,1=100 Вольт
т. е. придет
220-100= 120 Вольт
улавливаете разницу?
Если в начале цепи мощность была 220*1000=220000 Ватт,
то в конце она будет 120*1000=120000 Ватт
т. е. почти в 2 раза меньше
А вот если увеличивать напряжение, а ток оставлять прежним, то потерь практически нет, т. к. ток одинаков на протяжении всей цепи и не падает как напряжение
Источник: электротехника
Это вопрос экономического характера. Давайте рассмотрим пример передачи энергии S=11мVA на некоторое расстояние, допустим 10 км. Выбираем величину напряжения ЛЭП 10 кВ или 110 кВ. Сечение проводов ЛЭП выбирается по току.
В случае 10 кВ I = 11000000/10000=1100A, этому току соответствует алюминиевый провод сечением 600 мм. кв.
В случае 110 кВ I = 11000000/110000 = 100A, этому току соответствует алюминиевый провод сечение 16 мм. кв.
Теперь подумайте сами, что дешевле, Лэп указанной длины и сечением провода каждой фазы в 600 мм. кв. или сечением 16 мм. кв. и какое напряжение в данной ситуации предпочтительней.