5 電能的輸送 第五章 交變電流 學習目標 1.理解輸電線上電能的損失與哪些因素有關(guān). 2.理解減小電能損失的兩個途徑以及高壓輸電的原理. 3.知道遠距離輸電的典型電路，并能利用變壓器和電路的規(guī)律解決實際問題. 內(nèi)容索引 自主預習 預習新知 夯實基礎(chǔ) 重點探究 啟迪思維 探究重點 達標檢測 檢測評價 達標過關(guān) 自主預習 一一、降低輸電損耗的兩個途徑降低輸電損耗的兩個途徑 1.輸送電能的基本要求 (1)可靠：保證供電線路可靠地工作，少有故障. (2)保質(zhì)：保證電能的質(zhì)量 和 穩(wěn)定. (3)經(jīng)濟：輸電線路建造和運行的費用低， 損耗小. 2.輸電線上的功率損失：P ，I為輸電電流，r為輸電線的電阻. 3.降低輸電損耗的兩個途徑 (1)減小輸電線的 ：在輸電距離一定的情況下，為了減小 ，應(yīng)當選用 的金屬材料，還要盡可能增加導線的 . 頻率 電壓 I2r 電阻 電能 電阻 電阻率小 橫截面積 (2)減小輸電線中的 ：為減小輸電 ，同時又要保證向用戶提供一定的電功率，就要提高 . 二二、電網(wǎng)供電電網(wǎng)供電 1.遠距離輸電的基本原理：在發(fā)電站內(nèi)用 變壓器 ，然后進行遠距離輸電，在用電區(qū)域通過 變壓器降到所需的電壓. 2.電網(wǎng)：通過網(wǎng)狀的輸電線、 ，將許多電廠和廣大用戶連接起來，形成全國性或地區(qū)性的輸電 . 輸電電壓 升壓 升壓 降壓 變電站 網(wǎng)絡(luò) 電流 電流 3.電網(wǎng)輸電的優(yōu)點 (1)降低一次能源的運輸成本，獲得最大的經(jīng)濟效益. (2)減小 的風險，調(diào)節(jié)不同地區(qū)電力供需的平衡，保障供電的質(zhì)量. (3)合理調(diào)度電力，使 的供應(yīng)更加可靠，質(zhì)量更高. 斷電 電力 即學即用即學即用 1.判斷下列說法的正誤. (1)輸電線上電功率的損失，與輸電線的電阻成正比，與輸電線電流的平方成正比.( ) (2)由P 可知，輸電電壓越小，輸電線上電功率的損失就越小.( ) (3)使用變壓器進行遠距離輸電，用戶得到的電壓可以高于發(fā)電機輸出的電壓.( ) (4)遠距離輸電時，若升壓變壓器匝數(shù)比為1n，降壓變壓器匝數(shù)比為n1，則升壓變壓器的輸入電壓和降壓變壓器的輸出電壓相等.( ) U2r 答案 2.輸電線的總電阻為R，輸送電功率為P.現(xiàn)分別用U1和U2兩種電壓來輸電，則兩次輸電線上損失的功率之比為_. 答案 U22U12 重點探究 答案答案 UUUU r. 導學探究導學探究 如圖1所示，假定發(fā)電廠輸出的電壓為U，輸送功率為P，輸電線路中的電流是I，兩條導線的總電阻是r(在圖中把導線電阻集中畫為r).那么： (1)用戶兩端的電壓是多大？ 一、降低輸電損耗的兩個途徑 圖1 答案 PU (2)用戶得到的電能與發(fā)電廠輸出的電能相等嗎？ 答案答案 不相等，由能量守恒知，發(fā)電廠輸出的電能等于用戶得到的電能與輸電線上損失的電能之和. (3)輸電線上功率損失的原因是什么？功率損失的表達式是什么？降低功率損耗有哪些途徑？ 答案 答案答案 由于輸電線有電阻，當有電流流過輸電線時，有一部分電能轉(zhuǎn)化為電熱而損失掉了，這是輸電線上功率損失的主要原因. 功率損失表達式：PI2r ，所以降低功率損耗的兩個途徑為： 減小輸電線的電阻r； 減小輸電電流I，即提高輸送電壓U. P2U2r 知識深化知識深化 1.輸電線上的電壓損失：UUUIrPUr. 2.輸電線上的功率損失 (1)PI2r，其中 I 為輸電線上的電流. (2)PU I 或 PU2r，其中 U 為輸電線上的電壓損失. 3.減少電壓損失和功率損失的方法 (1)減小輸電線的電阻r，根據(jù)r ，可減小電阻率，目前一般用電阻率較小的銅或鋁作為導線材料；也可增大導線的橫截面積S，但這要多耗費金屬材料，增加成本，同時給輸電線的架設(shè)帶來很大的困難. (2)減小輸電電流I，根據(jù)I ，在輸送功率P一定，輸電線電阻r一定的條件下，輸電電壓提高到原來的n倍，輸送電流可減為原來的 ，輸電線上的功率損耗將降為原來的 LS PU 1n 1n2 . 例例1 三峽電站某機組輸出的電功率為50萬千瓦. (1)若輸出的電壓為20萬伏，則輸電線上的電流為多少？ 答案 解析 答案答案 2 500 A 解析解析 由 PUI 得 IPU5108 W2105 V2 500 A (2)在(1)情況下，某處與電站間每根輸電線的電阻為10歐，則輸電線上損失的功率為多少？它占輸出功率的幾分之幾？ 答案 解析 答案答案 1.25108 W 損失功率與輸出功率之比為PP1.25108 W5108 W14 14 解析解析 輸電線上損失的功率PI2 2r2 5002210 W1.25108 W (3)若將電壓升高至50萬伏，輸電線上的電流為多少？輸電線上損失的功率又為多少？它占輸出功率的幾分之幾？ 答案 解析 答案答案 1 000 A 2107 W 解析解析 將電壓升高至 50 萬伏時，IPU5108 W5105 V1 000 A 125 輸電線上損失的功率PI2 2r1 0002210 W2107 W 損失功率與輸出功率之比為PP2107 W5108 W125. A.U12R線 B.U1U22R線 C.I2R線 D.I(U1U2) 例例2 (多選)發(fā)電廠發(fā)電機的輸出電壓為U1，發(fā)電廠至學校的輸電線總電阻為R線，通過輸電線的電流為I，學校輸入電壓為U2，下列計算輸電線功率損耗的式子中，正確的是 答案 解析 解析解析 輸電線功率損耗P損I2R線 IU線，其中U線U1U2， 故B、C、D正確. U 2線R線 P損I2r U I.式中必須注意，U為輸電線路上的電壓損失，而不是輸電電壓. 總結(jié)提升總結(jié)提升 U2r 導學探究導學探究 某發(fā)電站向遠處送電的示意圖如圖2所示，其中各部分的物理量已在圖上標注，在這個電路中包括三個回路. 二、遠距離高壓輸電電路中的各種關(guān)系 答案 圖2 (1)結(jié)合閉合電路的知識，分別分析三個回路中各物理量之間的關(guān)系(發(fā)電機內(nèi)阻、n1、n2、n3、n4線圈的電阻均忽略不計). (2)若兩個變壓器均為理想變壓器，則每個變壓器中的電流、電壓、功率有什么關(guān)系？ 答案 答案答案 U1U2n1n2、I1I2n2n1、P1P2；U3U4n3n4、I3I4n4n3、P3P4. 知識深化知識深化 解決遠距離輸電問題時，需要畫輸電的電路圖，理清三個回路，抓住兩個聯(lián)系，掌握一個定律. 1.畫圖、理清三個回路(如圖3所示) 圖3 2.抓住兩個聯(lián)系 (1)理想升壓變壓器聯(lián)系回路1和回路2 即U1U2n1n2，I1n1I2n2，P1P2. (2)理想降壓變壓器聯(lián)系回路2和回路3 即U3U4n3n4，I3n3I4n4，P3P4. 3.掌握一個定律 根據(jù)能量守恒定律得P2PP3. 答案答案 6 250 V 16 A 例例3 如圖4所示，發(fā)電站通過升壓變壓器、輸電導線和降壓變壓器把電能輸送到用戶(升壓變壓器和降壓變壓器都可視為理想變壓器)，若發(fā)電機的輸出功率是100 kW，輸出電壓是250 V，升壓變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為125， 答案 解析 圖4 (1)求升壓變壓器的輸出電壓和輸電導線中的電流； 解析解析 P損I22R線，P損0.04P1 所以R線 15.625 因為UU2U3I2R線 所以U3U2I2R線6 000 V. 答案答案 15.625 6 000 V (2)若輸電導線中的電功率損失為輸入功率的4%，求輸電導線的總電阻和降壓變壓器原線圈兩端的電壓. 答案 解析 0.04P1I22 達標檢測 1.(輸電線上功率損失的計算輸電線上功率損失的計算)夏天由于用電器的增多，每年夏天都會出現(xiàn)“用電荒”，只好拉閘限電.若某發(fā)電站在供電過程中，用電高峰時輸電的功率是正常供電的2倍，輸電線電阻不變，下列說法正確的是 A.若輸送電壓不變，則用電高峰時輸電電流為正常供電時的2倍 B.若輸送電壓不變，則用電高峰時輸電線上損失的功率為正常供電時的2倍 C.若用電高峰時的輸送電壓變?yōu)檎９╇姷?倍，則此時輸電電流為正常供 電時的4倍 D.若用電高峰時的輸送電壓變?yōu)檎９╇姷?倍，則此時輸電線損失的功率 為正常供電時的4倍 答案 解析 1 2 3 4 5 2.(輸電線上功率損失的計算輸電線上功率損失的計算)(多選)在如圖5所示的遠距離輸電電路圖中，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器，發(fā)電廠的輸出電壓和輸電線的電阻均不變，隨著發(fā)電廠輸出功率的增大，下列說法中正確的有 A.升壓變壓器的輸出電壓增大 B.降壓變壓器的輸出電壓增大 C.輸電線上損耗的功率增大 D.輸電線上損耗的功率占總功率的比例增大 答案 解析 1 2 3 4 5 圖5 3.(遠距離高壓輸電的分析與計算遠距離高壓輸電的分析與計算)如圖6所示為遠距離交流輸電的簡化電路圖.發(fā)電廠的輸出電壓是U，用等效總電阻是r的兩條輸電線輸電，輸電線路中的電流是I1，其末端間的電壓為U1.在輸電線與用戶間連有一理想變壓器，流入用戶端的電流是I2.則 A.用戶端的電壓為 B.輸電線上的電壓降為U C.理想變壓器的輸入功率為I12r D.輸電線路上損失的電功率為I1U 答案 解析 圖6 I1U1I2 1 2 3 4 5 4.(遠距離高壓輸電的分析與計算遠距離高壓輸電的分析與計算)(多選)如圖7為遠距離輸電示意圖，發(fā)電機的輸出電壓U1和輸電線的總電阻r、理想變壓器匝數(shù)均不變，且n1n2n4n3.當用戶用電器的總電阻減小時 A.U1U2U4U3 B.用戶的電壓U4增加 C.輸電線上的損失功率增大 D.用戶消耗的功率等于發(fā)電 機的輸出功率 答案 解析 圖7 1 2 3 4 5 5.(遠距離高壓輸電的分析與計算遠距離高壓輸電的分析與計算)一小型發(fā)電站通過升壓、降壓變壓器把電能輸給用戶，已知發(fā)電機的輸出功率為500 kW，路端電壓為500 V，升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為15，兩變壓器間輸電線的總電阻為1.5 ，降壓變壓器的輸出電壓為220 V，不計變壓器能量損耗，求： (1)升壓變壓器的副線圈兩端電壓； 答案 解析 1 2 3 4 5 答案答案 2 500 V (2)輸電導線上的功率損失； 答案 解析 1 2 3 4 5 答案答案 60 kW 解析解析 輸電導線上的電流 I2P2U2P1U2200 A 輸電導線上的功率損失P損I22r線60 kW (3)降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比； 答案 解析 1 2 3 4 5 答案答案 101 解析解析 輸電導線上的電壓UI2r線300 V 降壓變壓器原線圈的電壓 U3U2U2 200 V，降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為 101 n3n4U3U4 (4)用戶得到的功率. 答案答案 440 kW 解析解析 用戶得到的功率P用P1P損440 kW