内容正文:
第4节 电能的传输
核心
素养
导学
物理观念 (1)了解提高输电电压是降低远距离输电损耗的有效途径。
(2)知道电网供电是远距离输电的重要发展。
科学思维 (1)会用相关知识解释实际的输电问题。
(2)经历建立远距离输电模型的过程。
科学态度与责任 理解工程技术要兼顾科学、技术、经济等多种因素,体会建立模型的思维方法。
一、电能输送中的电压损失和电能损耗
1.电压损失:U损=___。
2.功率损耗:P损=____。
3.减小电压损失和电能损耗的途径
(2)由公式P=IU可知,在保证输送功率一定的情况下,减小电流I可以通过提高___________来实现。
[微点拨] 前一种方法的作用十分有限,一般采用后一种方法。
Ir
I2r
横截面积
电阻率
输电电压U
二、远距离输电系统 直流输电
1.远距离输电基本原理
在发电站内用_____变压器升压,然后进行远距离输电,在用电区域通过______变压器降到所需的电压。
2.交流输电的局限性
(1)当交流输电功率很大时,电感、电容引起的电压及电能损失很大。
(2)同一电网供电的发电机同步运行,技术上存在困难。
升压
降压
3.直流输电过程
发电机发出的交流电,通过变压器升高电压,然后使
用整流设备使它成为直流电,用输电线把高压直流电输送
出去,到了用电地点附近,再使用逆变器把直流电变回到
交流电,并通过变压器降压后供用户使用。,1.为了检验输送电压高低对电能输送的影响,采用实验比较法,在低压交流电源上并联两个回路。一个回路只含电阻、灯泡和电流表,电阻模拟远距离输电线路上导线的电阻,灯泡模拟用户使用的效果;另一个回路先通过一个升压变压器提高电压,再通过一个降压变压器降低电压,其余线路与第一个回路相同。实验电路如图所示。
进行实验,并观察实验现象,可以得到什么结论?
2.如图是远距离输电示意图,判断下列说法正误。
(1)从发电厂发出的电输送到用户均需要采用高压输电。 ( )
(2)使用升压变压器和降压变压器进行远距离输电时,用户得到的电压可以高于发电机输出的电压。 ( )
(3)远距离输电时,若升压变压器匝数比为1∶n,降压变压器匝数比为n∶1,则升压变压器的输入电压和降压变压器的输出电压相等。 ( )
×
√
×
新知学习(一)|输电线电压损失和功率损失
[任务驱动]
如图所示,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:
(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?
[典例体验]
[典例] (多选)特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低。我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术。假设从A处采用550 kV 的超高压向B处输电,输电线上损耗的电功率为ΔP,到达B处时电压下降了ΔU。在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下,改用1 100 kV特高压输电,输电线上损耗的电功率变为ΔP′,到达B处时电压下降了ΔU′。不考虑其他因素的影响,则 ( )
[针对训练]
1.远距离输送交变电流都采用高压输电。我国西北电网正在建设750 kV线路。采用高压输电的优点是 ( )
A.可节省输电线的金属材料
B.可根据需要调节交流电的频率
C.可减少输电线上的能量损耗
D.可加快输电的速度
[重点释解]
1.输电过程示意图
2.高压输电过程的几个电压的区别
(1)输送电压:输电线始端电压,如图中的U2。
(2)用户电压:最终用户得到的电压,如图中的U4。
(3)损失电压:
①表示形式:输电线始端电压与末端电压的差值,即ΔU=U2-U3=I2R。
②形成原因:输电线上的电压损失原因是输电导线有电阻,电流通过输电线时,会在线路上产生电势降落,致使输电线路末端的电压比起始端电压低。
新知学习(二)|远距离输电问题
[典例体验]
[典例] 有一台内阻为1 Ω的发电机,为一个学校提供照明用电,如图所示,升压变压器的匝数比为1∶4,降压变压器的匝数比为4∶1,输电线的总电阻R=4 Ω。全校共22个班,每班有“220 V 40 W”的灯6盏,若保证全部电灯正常发光,则:
(1)发电机的输出功率为多大?
(2)发电机的电动势为多大?
(3)输电线损耗的电功率为多大?
(4)输电效率是多少?
[拓展] 对应[典例]的情境,若使电灯数减半并正常发光,发电机的输出功率是否减半?
/方法技巧/
远距离输电问题分析要点
1.分析远距离输电的思路
对远距离输电问题应按“发电机→升压变压器→远距离输电线→降压变压器→用电器”,或从用电器到发电机一步一步地进行分析。
2.远距离输电问题的四个关键
(1)画出一个模型——远距离输电模