- Почему в линиях передачи электроэнергии поддерживается ток высокого напряжения?
- Какое устройство применяется для изменения напряжения переменного тока?
Передача электроэнергии
Электрическая энергия имеет ряд преимуществ по сравнению с другими видами энергии: электроэнергию можно передавать на большие расстояния и ее легко преобразовывать в другие виды энергии; применение электроэнергии является экологически чистым решением; электрические устройства обладают высоким коэффициентом полезного действия. Хотя использование электроэнергии мало загрязняет природу, ее производство часто сопровождается значительным загрязнением окружающей среды. Обычно электроэнергию производят в таких регионах страны, где есть большие запасы топлива или рельеф поверхности подходит для строительства гидроэлектростанций. Произведенная там электроэнергия передается по линиям передачи в другие районы страны.
1. Каковы преимущества электрической энергии перед другими видами энергии?
Передача электроэнергии сопровождается большими потерями энергии. Одной из главных причин потерь является нагрев проводов под действием электрического тока. Поскольку выделенное под действием тока в проводе количество теплоты зависит от сопротивления провода и силы тока, то потери энергии можно уменьшить, используя электрические линии, сопротивление которых невелико или сила тока в которых сравнительно мала.
2. Что является главной причиной потерь энергии в линиях электропередачи?
При передаче электроэнергии учитывается мощность тока. Мощность тока может иметь одинаковое значение, если: 1) к проводнику приложено низкое напряжение и сила тока в проводнике большая; 2) к проводнику приложено высокое напряжение и сила тока в проводнике небольшая. Например, мощность тока в проводнике составит 100 Вт, если напряжение на концах проводника 100 В и сила тока в проводнике 1 А, а также если напряжение на концах проводника 1 В и сила тока в проводнике 100 А. Но во втором случае за то же время в проводнике выделится в 10 000 раз большее количество теплоты, поскольку выделяющееся количество теплоты пропорционально квадрату силы тока. Следовательно, в линиях передачи электроэнергии целесообразно использовать ток высокого напряжения.
3. Почему в линиях электропередачи поддерживается высокое напряжение?
При передаче электроэнергии индуцированный в генераторах электростанций переменный ток при помощи трансформатора (см. ниже Полезно знать!) преобразуется в переменный ток высокого напряжения, который затем передается по линиям высокого напряжения в населенные пункты. В протяженных линиях высокого напряжения значение напряжения измеряется сотнями киловольт. В населенных пунктах напряжение понижается при помощи нескольких трансформаторов. В результате производства и передачи электроэнергии, а также преобразования напряжения мы можем пользоваться дома переменным током напряжением 230 В.
4. Как используются трансформаторы при передаче электроэнергии?
Полезно знать!
Трансформатор
Напряжение переменного тока можно изменить при помощи трансформатора. Работа трансформатора основана на явлении электромагнитной индукции. Трансформатор состоит из двух обмоток, намотанных на один железный сердечник. Одна обмотка трансформатора соединяется с источником переменного тока, другая – с устройством, потребляющим электроэнергию.
При соединении обмотки с источником тока в ней возникает электрический ток, и вокруг нее – магнитное поле. Сердечник трансформатора в магнитном поле намагничивается. Так как направление и сила переменного тока изменяются во времени, то образованное током магнитное поле тоже изменяется. Поскольку вторая обмотка трансформатора намотана на тот же сердечник, то изменяющееся магнитное поле индуцирует переменный ток и во второй обмотке.
5. Для чего применяется трансформатор?
Обычно обмотки трансформатора имеют разное число витков. От числа витков зависит напряжение на концах обмотки, соединенной с электропотребителем. Если в этой обмотке витков больше, чем в обмотке, соединенной с источником тока, то напряжение на клеммах электропотребителя будет выше напряжения на клеммах источника тока. Это повышающий напряжение трансформатор. Но если в обмотке, соединенной с электропотребителем, витков меньше, чем в обмотке, соединенной с источником тока, то напряжение на клеммах электропотребителя будет ниже напряжения на клеммах источника тока, и это уже будет понижающий напряжение трансформатор.
Обычно коэффициент полезного действия трансформатора составляет 94–99%. При таком высоком коэффициенте полезного действия мощность тока в обеих соединенных с обмоткой цепях примерно одинаковая, что можно выразить зависимостью:
I1U1 = I2U2,
где разными индексами обозначены сила тока в разных обмотках и напряжение на их концах. Из зависимости мощностей следует, что в обмотке, напряжение на концах которой выше, сила тока меньше, чем в обмотке, напряжение на концах которой ниже.
