陕西省石泉县江南高级中学沪科版高中物理选修3-2课件：3.1 高压输电原理 (2份打包)

3.1 高压输电原理 第3章 电能的输送与变压器 1.知道“便于远距离输送”是电能的优点，知道输电过程。 3.了解电网供电的优点和意义。 4.介绍我国远距离输电概况。 2.找出影响远距离输电电能损耗的因素，知道降低输电损耗的两个途径。 * 三峡水电站 用户 探究1：远距离输送电能为什么要用高电压来输送？ 电站往远处送电，从图中你发现电能在输送过程中有什么变化？ 想一想 电能损失 电站 用户 R 用户 问题1.为什么输电线上有电能损失？ 当电流通过输电线时，产生热量Q，损失一部分电能，同时输电线上电压下降，故也损失一部分电压. 输电要用导线，导线当然有电阻，如果导线很短电阻很小可忽略，而远距离输电时导线很长，电阻大不能忽略。 一台1.25×105kW的发电机发出的电，若用10kV的电压输送，输电线上的电流将有多大？假如两条输电线每千米的电阻是0.1Ω，那么电流在1km长的两条输电线上将产生多少热功率？若以这种方式将电能输送5km的距离，输电线上损耗的功率占发电机输出功率的百分比是多少？ 分析：在初中物理中我们已经学过电功率的公式P=UI， 案例一： 据此：由发电机的输出功率和输送电压，即得输电线上的电流为 这样大的电流，经过1km的输电线（电阻为0.1Ω）上，产生的热功率为 在5km的距离上，输电线的电阻R′=0.5Ω 产生的热功率 由此可见，远距离输电时，必须设法减小输电线上的电能损耗。 1、如何减小输电线上的电阻? 问题2.如何减少电能损耗？ 由于电能损耗的根本原因是输电线上有电阻，所以可以通过减小输电线上的电阻来降低损耗 减少导线电阻，由电阻定律知 ①减小输电线的电阻率： 铁的电阻率: ρ铁＝1.0×10-7（Ω·m） 铝的电阻率: ρ铝＝2.9×10-8（Ω·m） 铜的电阻率: ρ铜＝1.7×10-8（Ω·m） 银的电阻率: ρ银＝1.6×10-8（Ω·m） 减小材料的电阻率ρ.银的电阻率最小，但价格昂贵，目前选用电阻率较小的铜或铝作输电线. ②减小输电线的长度L不可行，因为要保证输电距离. ③适当增加导线的横截面积，太粗不可能，既不经济又架设困难。 设电源提供的电功率为P0恒定，输出电压U可调，连接负载的输电线总电阻是R，那么，输电线上损耗的电能与哪些因素有关呢？ 问题2、如何减小输电线上的电流? 由 可知：当输送的功率一定时，采用升高输电电压的方法，就可以减小输送电流，同样可以减小电能的损耗。 输电线上损耗的电功率为 而 由此可得输电线上损耗的电功率 由上式讨论： 1.输电线上的电能损耗与哪些因素有关？ 2.为减小输电线上的电能损耗，采用怎样的办法最为有效？ 理论计算表明：提高输送电能的电压，可以更有效地减小输电线路上的电能损耗，这就是远距离输电采用高电压的根本原因。 结论：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，输电线上的功率损失降为原来的1/n2倍。 练习1：输送4800 kW的电功率，采用110 kV高压输电，输电导线中的电流是多少？如果用110 V电压输电，输电导线中的电流将是多少？两种情况下，输电线上损失的电功率之比是多少？ 解：电功率P＝UI，所以I＝eq \f(P,U)， 其中P＝4800 kW＝4800×103 W. 当U1＝110 kV＝110×103 V时， 导线中电流I＝eq \f(4800×103,110×103) A≈43.6 A. 当U2＝110 V时，导线中的电流 I＝eq \f(4800×103,110) A≈4.36×104 A. 而输电线上损失的电功率P′＝I2·R线， 所以两种情况下损失的电功率之比为1∶106 练习2：一座小型水电站，用总电阻是0.5 Ω的输电线把电输送给用户，水电站输送的电功率是20 kW.假如用250 V电压输电，计算输电导线上的功率损失和用户得到的功率．假如改用500 V的电压输电，输电线上的功率损失和用户得到的功率又各是多少？ 解：(1)假如用250 V的电压输电，输电导线上的功率损失为 ΔP＝(eq \f(P,U))2R＝(eq \f(20×103,250))2×0.5 W＝3.2 kW 用户得到的功率为 P用＝P－ΔP＝20 kW－3.2 kW＝16.8 kW. 用户得到的功率为 P用＝P－ΔP＝20 kW－0.8 kW＝19.2 kW (2)假如改用500 V的电压输电，输电导线上的功率损失为 ΔP＝(eq \f(P,U))2R＝(eq \f(20×103,500))2×0.5 W＝0.8 kW 电能通过输电线就可以输送到远方。相对于煤炭、石油等能源的输送需要大量的交通运载