4 电能的输送 [定位·学习目标] 1.通过对输电线上电能的损失及高压输电的原理的分析,学会解决输电线上的电压和功率损失的相关问题,培养科学思维核心素养。2.通过利用变压器远距离输电的电路分析,学会解决远距离输电的相关问题,培养科学思维核心素养。 知识点一 降低输电损耗的两个途径 探究新知 1.输送电能的基本要求 (1)可靠:指保证供电线路可靠地工作,故障少。 (2)保质:保证电能的质量———电压和频率稳定。 (3)经济:指输电线路建造和运行的费用低,电能损耗少。 2.降低输电损耗的两个途径 要减少输电线路上的功率损失,由公式P损=I2r知,必须减小输电线的电阻或减小输电导线中的电流。 (1)减小输电线的电阻:从R=ρ看,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,但过粗的导线会耗费太多的金属材料,同时也给铺设工程带来困难。 (2)减小输电导线中的电流:从公式P=IU来看,在保证功率不改变的情况下,要减小输送电流就必须提高输电电压。 正误辨析 依据下面情境,判断下列说法的对错。 如图是远距离输电实景图: (1)电能的损耗受电流的影响比受电阻的影响更为显著。( √ ) (2)减小输电线电阻是降低电能损耗的最佳途径。( × ) (3)输电线上电功率的损失,与输电线的电阻成正比,与输电线电流的平方成正比。( √ ) (4)由P=可知,输电电压越小,输电线上的电功率损失就越小。( × ) 知识点二 电网供电 探究新知 1.远距离输电的基本原理:在发电厂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。 (3)合理地调度电力,使电力的供应更加可靠,质量更高。 正误辨析 依据下面情境,判断下列说法的对错。 远距离输电电路图如图所示: (1)使用变压器进行远距离输电,用户得到的电压可以高于发电机输出的电压。( √ ) (2)从发电厂发出的电输送到用户均需要采用高压输电。( × ) (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。( × ) (4)远距离输电时,若输送的电功率一定,输电电压越高,输电电流就越小,电能损失就越小,所以输电电压越高越好。( × ) 要点一 输电线上的电压和功率损失 情境探究 如图所示,假定发电厂输出的电压为U,输出功率为P,输电线中的电流为I,两条导线的总电阻为r(在图中把导线电阻集中画为r)。 探究1:用户两端的电压是多大 【答案】 U′=U-ΔU=U- r。 探究2:用户得到的电能与发电厂输出的电能相等吗 【答案】 不相等。由能量守恒定律知,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。 探究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】 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。 要点归纳 如图所示: 1.输电线上的电压损失:ΔU=U-U′=Ir= r。 2.输电线上的功率损失 (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 ... ...
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