第3章 第4节 电能的远距离输送-【高考领航】2023-2024学年高中物理选择性必修第二册同步核心辅导与测评（鲁科版）

第4节　电能的远距离输送 核心素养要求 核心素养呈现 1.理解降低输电损耗的两个途径，理解高压输电的原理，会计算输电损失. 2.了解高压交流输电与直流输电及其优缺点. 3.掌握远距离输电的典型电路，并能利用电路知识，变压器规律等解决有关问题. 　采用高压输电的原因 1．两种损失比较 两种损失 主要原因 大小表示 减小办法 电功率损失 输电线有电阻，电流产生焦耳热 ΔP＝I2R 减小R 减小I 电压损失 输电线电阻的电压降 ΔU＝IR 2.降低两种损失的途径——高压输电 输送一定功率的电能，输电电压越高，输电线中电流越小，导线因发热而损耗的电能越少，线路上电压的损失也越少． 电能输送中，U为输电电压，r为输电线的电阻，则输电线中电流为I＝对不对，为什么？ 提示：不对，因为U是输电电压，而不是输电线上损失的电压ΔU，输电线中电流应为I＝. 　高压交流输电与直流输电 1．高压交流输电系统 (1)输电环节：在发电站附近用升压变压器升高电压，用输电线输送到远方，在用电地区附近，用降压变压器降到所需电压． (2)远距离输电电路图如图所示： 2．高压直流输电 (1)采用高压直流输电的原因 当交流输电功率很大时，导线的电感、电容引起的电压及电能损失很大；同一电网供电的发电机同步运行，技术上也存在困难． (2)高压直流输电系统的工作程序：交变电流升压后输送到整流器，把高压交变电流变换成高压直流电流，经由高压直流线路输送到用电地区后，将高压直流电流变换成高压交变电流，再经降压变压器降压． (3)高压直流输电系统的优点 ①不存在感抗和容抗引起的损耗． ②节省材料，输电结构简单，占地面积小． ③不需要考虑电网中的各发电机的同步运行问题． 如图所示，在直流输电系统中，整流站内换流器的作用是什么？ 提示：换流器的作用是实现交流电与直流电的转换，是直流输电系统内的重要环节． 　电能的利用与社会发展 1．发电机、电动机在工业上的运用，克服了蒸汽机在使用过程中存在的不少难题，体现出许多优越性．与蒸汽机相比，电动机灵活、小巧、适应力强，更加广泛地应用于工业生产领域． 2．目前使用的电能，主要来自热能、水能、原子能、风能等其他形式的能量，这些能量转换为电能都离不开发电机．例如，火力发电，是利用石油、煤炭和天然气等燃料燃烧时产生的热能将水加热，产生高压水蒸气，推动汽轮机转动，带动发电机的转子转动，将机械能转化为电能，再通过外电路把电能输送出去；水力发电和风力发电则是直接利用水和风带动发电机的转子转动，将机械能转化为电能．高铁、动力机械等，都是利用电动机的通电线圈受到磁场的力的作用而发生转动，将电能转化为机械能． 3．电能的利用提高了劳动生产率，解放了劳动者． 我们日常生活离不开电，电是由发电厂产生的．为了合理地利用自然资源，火力发电厂通常建在煤矿附近，水电站建在水力资源丰富的河流上，但用电的地方可能距离很远，需要将电能安全、保质地由发电厂送往远方，同时又不能浪费太多的电能．火力发电厂或水电站发出的电电压一定很高吗？怎样才能提高输送电压？ 提示：电厂发出的电的电压最大值由公式Em＝NBSω决定，因机械制造等因素，电压不会很高，通常借助变压器将低电压变为高电压． 　输电线上电压和功率损失的计算 [思考探究] 发电厂一般都建在离用电单位较远的地方，因此就需要把电能输送到远方．电能便于输送，用输电线把电源和用电设备连起来，就可以输送电能了． (1)为什么输电线上有电能损失？ 提示：由于输电线长，电阻大，当电流通过输电线时，产生热量Q，损失一部分电能，同时输电线上有电压降，故又损失一部分电压． (2)有什么解决方法可以减少输电线上的功率损失？ 提示：降低输电线损耗的两个途径：减小输电线的电阻和减小输电线中的电流． [思维深化] 1．功率损失的原因 在电能输送过程中，电流流过输电线时，因输电线有电阻而发热，电能必有一部分转化为内能而损失掉． 2．若输电线的电阻为R线，输电电流为I，输电线始端和末端的电压分别为U和U′，则： (1)电压损失ΔU＝U－U′＝IR线. (2)功率损失ΔP＝I2R线＝IΔU＝. 3．若输电功率P不变，输电电压提高到nU，可使输电电流减小到，则： (1)电压损失减小到. (2)功率损失减小到. 　在远距离输电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失．有一个小型发电站，输送的电功率P＝500 kW，当使用U＝5 kV的电压输电时，测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相差4800 kW·h.求： (1)输电效率η和输电线的总电阻r； (2)若想使输电效率提高到98%，又不改变输电线，那么发电站应使用多高的电压向外输电？ 【思路点拨】　输电线上损失的功率为P损＝I2r，输电功率P＝UI，要提高输电效率