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高二物理人教版选修3-2课件:第五章6电能的输送讲述
第五章
交变电流
学案6 电能的输送
目标定位
1.理解输电线上电能的损失与哪些因素有关.
2.理解减小电能损失的两个途径以及高压输电的原理.
3.知道远距离输电的典型电路,并能利用变压器和电
路的规律解决实际问题.
知识探究
自我检测
一、降低输电损耗的两个途径
问题设计
如图1所示,假定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,输送功率为P,发电厂输出的电压为U.那么:
知识探究
图1
(1)远距离大功率输电面临的困难是什么?
答案 在输电线上有功率损失.
(2)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?降低输电损耗的两个途径是什么?
答案 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,所以降低输电损耗的两个途径为:①减小输电线的电阻r;②减小输电电流I.
(3)为什么远距离输电必须用高压呢?
答案 因为发电厂的输出功率P是一定的,由P=UI得,要减小输电电流I,必须提高输送电压U.
要点提炼
输电线上的电压损失和功率损失(设输电线上电阻为R,电流为I)
1.电压损失
输电线始端电压U与输电线末端电压U′的差值.ΔU=U-U′=IR.
2.功率损失
(1)远距离输电时,输电线有电阻,电流的热效应引起功率损失,损失的电功率ΔP=I2R.
(2)若输电线上损失的电压为ΔU,则功率损失还可以表示
为ΔP= ,ΔP= .
ΔU·I
3.减小电压、功率损失的方法
(1)减小输电线的电阻
由R= 可知,距离l一定时,使用电阻率小的材料, 导体横截面积可减小电阻.
(2)减小输电电流I
由P=UI可知,当输送功率一定时, 电压可以减小电流.
增大
升高
延伸思考
为什么在用电高峰期家中的白炽灯灯光较暗?
答案 用电高峰期到用户家中的输电线电流I较大,输电线上损失的电压ΔU=Ir较大,用户得到的电压U-ΔU变低,达不到额定功率,因此白炽灯灯光较暗.
二、远距离输电电路中的各种关系
问题设计
某发电站向远处送电的示意图如图2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2
(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).
答案 第一个回路:P1=U1I1
第三个回路:P4=U4I4
(2)每个变压器中的电流、电压、功率有什么关系?
答案 若两个变压器为理想变压器,
要点提炼
远距离输电问题的分析
1.远距离输电基本原理
在发电站内用 升压,然后进行远距离输电,在用电区通过 降到所需的电压.
2.解决远距离输电问题时,应首先画出输电的电路图,如图3所示,并将已知量和待求量写在电路图的相应位置.
图3
升压变压器
降压变压器
3.分析三个回路,在每个回路中,变压器的原线圈是回路的用电器,而相应的副线圈是下一个回路的电源.
4.综合运用下面三方面的知识求解
(1)能量守恒:
P=U1I1=U2I2=P用户+
P用户=U3I3=U4I4.
ΔP
(2)电路知识:U2= +U3
ΔU=I2R
ΔU
典例精析
一、输电线上功率损失的计算
例1 超导材料电阻降为零的温度称为临界温度.1987年我国科学家制成了临界温度为90 K的高温超导材料,利用超导材料零电阻的性质,可实现无损耗输电.现有一直流电路,输电线的总电阻为0.4 Ω,它提供给用电器的电功率为40 kW,电压为800 V.如果用临界温度以下的超导电缆替代原来的输电线,保持供给用电器的功率和电压不变,那么节约的电功率为( )
A.1 kW B.1.6×103 kW C.1.6 kW D.10 kW
A
例2 三峡电站某机组输出的电功率为50万千瓦.
(1)若输出的电压为20万伏,则输电线上的电流为多少?
答案 2 500 A
(2)某处与电站间每根输电线的电阻为10欧,则输电线上损失的功率为多少?它占输出功率的几分之几?
解析 输电线上损失的功率ΔP=I2·2r=2 5002×2×10 W=1.25×108 W
(3)若将电压升高至50万伏,输电线上的电流为多少?输电线上损失的功率又为多少?它占输出功率的几分之几?
输电线上损失的功率ΔP′=I′2·2r=1 0002×2×10 W
=2×107 W
二、远距离输电问题
例3 某小型水电站的电能输送示意图如图4所示,发电机的输出电压为200 V,输电线总电阻为r,升压变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2.降压变压器原、副线圈匝数
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