ГДЗ по физике, 11 класс, Мякишев, номер 112.4: ТЭС. ГЭС. Пути экономии электрической энергии

План решения:

Для ответа на вопрос необходимо сравнить характеристики передачи электроэнергии постоянным и переменным током. Ключевые аспекты для анализа: потери мощности в линиях электропередачи (ЛЭП), требования к изоляции опор, а также возможность управления потоками энергии.

Вычисление и обоснование:

1. Снижение потерь на реактивную мощность. В цепях переменного тока возникают емкостные и индуктивные эффекты, которые создают так называемую реактивную составляющую тока. Она не совершает полезной работы, но нагревает провода и требует дополнительной мощности генераторов. При передаче постоянного тока частота f=0, поэтому индуктивное сопротивление X_L=2πfL и емкостное сопротивление X_C=1/2πfC равны нулю. Это позволяет передавать только активную мощность, что существенно повышает КПД линии.

2. Отсутствие скин-эффекта. Переменный ток вытесняется к поверхности проводника (скин-эффект), что уменьшает эффективное сечение провода и увеличивает его сопротивление. Постоянный ток равномерно распределяется по всему сечению проводника, позволяя использовать материал более эффективно.

3. Требования к изоляции. Для переменного тока важна амплитуда напряжения, которая выше действующего значения в 2 раз. При передаче постоянным током можно использовать напряжение, равное действующему значению переменного тока, при этом пиковое напряжение будет ниже. Это позволяет уменьшить толщину изоляторов и снизить вес конструкций опор ЛЭП.

Проверка и вывод:

Таким образом, передача энергии постоянным током на большие расстояния выгодна из-за отсутствия реактивных потерь, равномерного распределения тока в проводе и сниженных требований к изоляции. Эти факторы делают такие линии экономически целесообразными для сверхдальних трасс, несмотря на сложность преобразования напряжения.