5.5　电能的输送-2021-2022学年高二物理精梳细讲 讲义（人教版选修3-2）

5.5　电能的输送 【基础知识梳理】 知识点01 降低输电损耗的两个途径 1．输送电能的基本要求 (1)可靠：保证供电线路可靠地工作，少有故障． (2)保质：保证电能的质量——电压和频率稳定． (3)经济：输电线路建造和运行的费用低，电能损耗少． 2．输电线上的功率损失：P＝I2r，I为输电电流，r为输电线的电阻． 3．降低输电损耗的两个途径 (1)减小输电线的电阻：在输电距离一定的情况下，为了减小电阻，应当选用电阻率小的金属材料，还要尽可能增加导线的横截面积． (2)减小输电线中的电流：为减小输电电流，同时又要保证向用户提供一定的电功率，就要提高输电电压． 知识点02 电网供电 1．远距离输电的基本原理：在发电站内用升压变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区域通过降压变压器降到所需的电压． 2．电网：通过网状的输电线、变电站，将许多电厂和广大用户连接起来，形成全国性或地区性的输电网络． 3．电网输电的优点 (1)降低一次能源的运输成本，获得最大的经济效益． (2)减小断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡，保障供电的质量． (3)合理调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高． 【实例1】 如图1所示，假定发电厂输出的电压为U，输送功率为P，输电线路中的电流是I，两条导线的总电阻是r(在图中把导线电阻集中画为r)．那么： 图1 (1)用户两端的电压是多大？ (2)用户得到的电能与发电厂输出的电能相等吗？ (3)输电线上功率损失的原因是什么？功率损失的表达式是什么？降低功率损耗有哪些途径？ 答案　(1)U′＝U－ΔU＝U－r. (2)不相等，由能量守恒知，发电厂输出的电能等于用户得到的电能与输电线上损失的电能之和． (3)由于输电线有电阻，当有电流流过输电线时，有一部分电能转化为电热而损失掉了，这是输电线上功率损失的主要原因． 功率损失表达式：ΔP＝I2r＝r，所以降低功率损耗的两个途径为：①减小输电线的电阻r；②减小输电电流I，即提高输送电压U. 【总结】 1．输电线上的电压损失(如图2) 图2 ΔU＝U－U′＝Ir＝r. 2．输电线上的功率损失(如图2) (1)ΔP＝I2r，其中I为输电线上的电流，r为输电线的电阻． (2)ΔP＝ΔU·I或ΔP＝，其中ΔU为输电线上的电压损失． 3．减少电压损失和功率损失的方法 (1)减小输电线的电阻r，根据r＝ρ，可减小电阻率ρ，目前一般用电阻率较小的铜或铝作为导线材料；也可增大导线的横截面积S，但这要多耗费金属材料，增加成本，同时给输电线的架设带来很大的困难． (2)减小输电电流I，根据I＝，在输送功率P一定，输电线电阻r一定的条件下，输电电压提高到原来的n倍，输送电流可减为原来的，输电线上的功率损耗将降为原来的. 【实例2】 某发电站向远处输电的示意图如图3所示，其中各部分的物理量已在图上标注，在这个电路中包括三个回路． 图3 (1)结合闭合电路的知识，分别分析三个回路中各物理量之间的关系(发电机内阻、n1、n2、n3、n4线圈的电阻均忽略不计)． (2)若两个变压器均为理想变压器，则每个变压器中的电流、电压、功率有什么关系？ 答案　(1)第一个回路：P1＝U1I1 第二个回路：U2＝ΔU＋U3，P2＝ΔP＋P3＝I22R线＋P3，I2＝I3 第三个回路：P4＝U4I4 (2)＝、＝、P1＝P2；＝、＝、P3＝P4. 【总结】 解决远距离高压输电问题的基本方法 1．首先应画出远距离输电的电路图(如图4)，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置． 图4 2．理清三个回路： 回路1：P1＝U1I1 回路2：U2＝ΔU＋U3，P2＝ΔP＋P3＝I22R线＋P3，I2＝I3 回路3：P4＝U4I4. 3．常用关系 (1)功率关系：P1＝P2，P2＝ΔP＋P3，P3＝P4. (2)电压关系：＝，U2＝ΔU＋U3，＝. (3)电流关系：＝，I2＝I线＝I3，＝. (4)输电电流：I线＝＝＝. (5)输电导线上损耗的电功率： ΔP＝P2－P3＝I线2R线＝＝ΔU·I线． (6)输电导线上的电压损失： ΔU＝I线R线＝U2－U3. 【例题讲解】 1．（多选）如图所示为远距离输电示意图，升压变压器原、副线圈匝数分别为，降压变压器原、副线圈匝数分别为，输电线上的电阻等效为，输电线上的损失的电压为，发电站输出的电压恒定。则下列说法中正确的是（　　） A．如果只增加用户用电器数量，将保持不变 B．如果只增加输电线电阻，用户用电功率将减小 C．如果只增加，输电线上损失的功率将减小 D．如果只增加，发电机的输出功率将增大 2．（多选）如图所示，一小水电站，输出的电功率为，输出电压，经理想升压变压器升压后远距离输送，升压变压器的匝数比，输电线总电阻为，最后经理想降压变压器降为向用户供电。下列说法正确的是（　　）