1、5 电能的输送,【自主预习】 1.降低输电损耗的两个途径: (1)输送电能的基本要求:,电压,频率,电能,(2)降低输电损耗的两个途径: 输电线上的功率损失:P=_,I为输电电流,R为输 电线的电阻。 降低输电损耗的两个途径。 a.减小输电线的_:在输电距离一定的情况下,为了 减小_,应当选用_的金属材料,还要尽可 能增加导线的_。,I2R,电阻,电阻,电阻率小,横截面积,b.减小输电导线中的_:为减小输电_,同时又要 保证向用户提供一定的电功率,就要提高输电_。,电流,电流,电压,2.电网供电: (1)远距离输电的基本原理:在发电站内用_变压器 _,然后进行远距离输电,在用电区域通过_变 压
2、器降到所需的电压。 (2)电网:通过网状的输电线、_,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_。,升压,升压,降压,变电站,网络,(3)电网输电的优点: 降低一次能源的运输成本,获得最大经济效益。 减小_的风险,调节不同地区电力供求的平衡,保 障供电的质量。 合理调度电力,使_的供应更加可靠,质量更高。,断电,电力,【预习小测】 1.远距离输电时,如果输送的电功率一定,输电电压升高到原来的n倍,则输电线路上的功率损失将是原来的 ( ),【解析】选C。输电线上的电流为I= ,则输电线上的 功率损失为P线=I2r线= 则当输送的电功率一定,输 电电压升高到原来的n倍,输电线路上的
3、功率损失将是 原来的 。故选C。,2.发电厂发电机的输出电压为U1,发电厂至学校的输电导线的总电阻为R,通过导线的电流为I,学校得到的电压为U2,则输电线上损耗的电压可表示为 ( ) A.U1 B.U1-IR C.IR D.U2,【解析】选C。输电线的电压损失U=U1-U2=IR,故B错误,C正确;U1为输出电压,U2为用户得到的电压,A、D错误。,3.输电导线的电阻为R,输送电功率为P。现分别用U1和U2两种电压来输电,则两次输电线上损失的功率之比为 ( ) A.U1U2 B.U12U22 C.U22U12 D.U2U1,【解析】选C。由P=UI,P损=I2R可得P损= ,所以输电 线上损失
4、的功率与输送电压的二次方成反比,C项正 确。,4.如图所示为远距离输电线路的示意图,若发电机的输出电压不变,则下列叙述正确的是 ( ),A.升压变压器原线圈中的电流与用户用电设备消耗的功率无关 B.输电线路中的电流只由升压变压器原、副线圈的匝数比决定 C.当用户用电器的总电阻减小时,输电线上损失的功率增大 D.升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压,【解析】选C。变压器输入功率、输入电流的大小是由 次级负载消耗的功率大小决定的,选项A、B错误;用户 用电器的总电阻减小,根据P= ,消耗的功率增大,输 电线电流增大,由P损=I线2R线可知线路损失的功率增 大,C项正确;升压变压器的输出电压
5、等于输电线电阻上 损失的电压加上降压变压器的输入电压,D项错误。,主题一 降低输电损耗的两个途径 【互动探究】 在如图所示的输电示意图中,假设两条输电线的总电阻为R,输送的功率为P,发电厂输出的电压为U,送电电流为I。,试结合上述情景,讨论下列问题: (1)减少输电线上的功率损失的途径有:_ _。 (2)减少输电线上的功率损失为什么要依靠高压输电?,减小导线的电,阻R、减小输电电流I,提示:电阻R= 告诉我们,在输电距离l一定、选用 电阻率较小的铜或铝作导线后,必须增大导线的横截 面积。但这样会耗费大量的金属材料,输电线太重给架 设带来困难。 在线路和输送功率P不变时,P=UI告诉我们提高输电
6、 电压可大大减少功率损失。,(3)什么是输电线路上的电压损失?怎样减少电压损失? 提示:输电线路始端电压U与末端电压U的差值U=U-U,称为输电线路上的电压损失,也就是输电线上的电势降落,即U=IR。减小电阻、提高输电电压就能减小输电电流,从而可以减小输电线路上电压损失。,(4)“提高电压,降低电流”与欧姆定律矛盾吗? 提示:不矛盾。欧姆定律是对纯电阻元件而成立的定律,而“提高电压,降低电流”是从输送角度,由P=IU,且在P一定的条件下得出的结论,两者没有联系。,【探究总结】 降低输电损耗的方法 减小输电线路上功率损失的方法主要有两种: (1)减小输电线的电阻R,根据R= 可知: 减小输电线长
7、度l:由于输电距离一定,所以在实际中不可能用减小l来减小R。 减小电阻率:目前一般用电阻率较小的铜或铝作导线材料。,增大导线的横截面积S:这要耗费更多金属材料,增加成本,同时给输电线的架设带来很大的困难。 (2)减小输电电流I,根据I= 可知: 减小输送功率P:在实际中不能以用户少用或不用电来达到减少损耗的目的。,提高输电电压U: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,据P损=( )2R 知,输电线上的功率损耗将降为原来的 。 故采用高压输电是减小输电线上功率损耗最有效、最 经济的措施。,【拓展延伸】输电导线损失电压的计算误区 在已知输电电压U和导线电阻R的情况
8、下,不能用I= 计算输电电流,因为导线电阻R上的电压不是输电电压 U。同样原因,也不能够用P= 计算输电导线上的 功率损失。,【典例示范】 (2018安庆高二检测)如图为远距离的简化电路图。发电厂的输出电压是U,用等效总电阻是r的两条输电线输电,输电线路中的电流是I1,其末端间的电压为U1。在输电线与用户间连有一理想变压器,流入用户端的电流为I2。则 ( ),A.用户端的电压为 B.输电线上的电压降为U C.理想变压器的输入功率为I12r D.输电线路上损失的电功率为I1U,【解题指南】解答本题应注意以下三点: (1)理想变压器的输入功率由输出功率决定。 (2)远距离输电过程中的功率、电压的损
9、失与哪些因素有关。 (3)整个过程中的功率、电压关系,理想变压器电压和匝数关系。,【解析】选A。由于输电线与用户间连有一理想变压器, 设用户端的电压是U2,则U1I1=U2I2,得U2= ,故A正确; 发电厂的输出电压是U,所以输电线上的电压降不可能 是U,故B错误;等效总电阻是r的两条输电线输电,输电 线路中的电流是I1,所以输电线路上损耗的功率是I12r, 故C错误;发电厂的输出电压是U,末端间的电压为U1,输 电线路上损失的电功率是I1(U-U1),故D错误。,【探究训练】 1.(多选)(2018大庆高二检测)某发电站用11kV交变 电压输电,输送功率一定,输电线的电阻为R。现若用变 压
10、器将电压升高到220kV输电,下面说法正确的是( ) A.因I= ,所以输电线上的电流变为原来的20倍 B.因I= ,所以输电线上的电流变为原来的 C.因P= ,所以输电线上损失的功率变为原来的400倍 D.因P=I2R,所以输电线上损失的功率变为原来的,【解析】选B、D。由P=UI得I= ,输送功率一定,输送 电压变为原来的20倍,则输送电流变为原来的 ,故A错 误、B正确;输电线上损失的功率为P= 。输送电压 变为原来的20倍,输电线上分配的电压U不一定变为 原来的20倍,故C错误;由输电线上损失的功率P=I2R知, 输送电流变为原来的 ,则损失的功率变为原来的 故D正确。,2.通过一理想
11、变压器,经同一线路输送相同的电功率P, 原线圈的电压U保持不变,输电线路的总电阻为R。当副 线圈与原线圈的匝数比为k时,线路损耗的电功率为P1, 若将副线圈与原线圈的匝数比提高到nk,线路损耗的电 功率为P2,则P1和 分别为 ( ),【解析】选D。原线圈的电流为I1= ,由于P、U不变, 故I1不变,由 由 得 故选项D正确。,【补偿训练】 1.在电能输送过程中,若输送的电功率和输电线电 阻一定,则在输电线上损耗的电功率 ( ) A.和输送电线上电压的二次方成正比 B.和输送电流的二次方成反比 C.和输送电线上的电压降的二次方成正比 D.和输送电流成正比,【解析】选C。输电线上的功率损失P=
12、I线2R线,电压 损失U=U-U=I线R线,输电线电流I线= ,所以P= I线2R线= ,可见在输送功率P和输电线电阻 一定时,P与 成正比,P与U2成正比,P与U2成反 比。,2.随着社会发展,人类对能源的需求日益增加,节能变得愈加重要。甲、乙两地采用电压U进行远距离输电,输电线上损耗的电功率为输入总功率的k(0k1)倍。在保持输入总功率和输电线电阻都不变的条件下,现改用5U的电压输电,若不考虑其他因素的影响,输电线上损耗的电功率将变为输入总功率的 ( ),【解析】选A。输入总功率为P0,输电线电阻为R,电压 为U时,输电线电流I1= ,输电线上损耗的电功率P1= =kP0,电压为5U时,输
13、电线电流I2= ,输 电线上损耗的电功率P2= ,即输电线 上损耗的电功率变为输入总功率的 倍。故选A。,【通法悟道】两组概念的区别 (1)输电电压与损失电压:输电电压是指加在高压输电线始端的电压U,损失电压是指降落在输电线路上的电压U=IR。 (2)输送功率与损失功率:输送功率是指高压输电线始端输出的电功率,损失功率是输电线上消耗的功率。,主题二 电网供电 【互动探究】 如图为远距离输电的基本过程示意图。,试结合上述情景,讨论下列问题: (1)一般远距离输电电压要经历几次变化? 提示:发电机组输出电压10kV,发电站内升压到几百千伏,在“一次高压变电站”降到100kV左右,“二次变电站”降到
14、10kV左右,低压变电站降到220V或380V。,(2)最简单的远距离输电电路是如何构成的? 如图所示,最简单的输电电路的构成:_ _。,发电机、升压,变压器、输电导线、降压变压器、用户,【探究总结】 1.远距离输电电路的特点: 远距离输电的简化电路原理图,可以划分为三个回路,如图所示。,2.远距离输电线路的三个回路、两个联系和一个定律的有关关系:,【典例示范】 (2018安庆高二检测)某发电站通过升压器、输电线和降压器把电能输送给用户,输电站输出功率是100kW,输出电压是250V,升压器原、副线圈的匝数之比为125,输电线上功率损失为4%,用户所需电压为220V,求输电线的电阻和降压变压器
15、的匝数比是多少?,【解题指南】解答本题应注意以下三点: (1)根据升压变压器的输入电压,结合匝数比求出输出电压,从而得出输送电流。 (2)根据损失的功率得出输电线的电阻。 (3)根据电压损失得出降压变压器的输入电压,结合用户得到的电压求出降压变压器的匝数比。,【解析】根据 得, 升压变压器副线圈两端电压为U2= U1=6 250V, 副线圈的电流为I2= =16A, 输电线电阻R上损失的功率为I22R=4%P, 则R= =15.6, 降压变压器原线圈的电压为U1=U2-I2R=6103V,则降压器上原、副线圈的匝数比 答案:15.6 30011,【探究训练】 1.(多选)如图为模拟远距离输电电
16、路,两理想变压器的线圈匝数n1=n4n2=n3,A1、A2、A3为相同的理想交流电流表。当a、b端接入低压交流电源时,则 ( ) A.A1、A3的示数相等 B.A1、A2、A3的示数相等 C.A1的示数大于A2的示数 D.A2的示数大于A3的示数,【解析】选A、C。因为 n1=n4I2,I4I3,即A1的示数大于A2的示数;A2的示数小于A3 的示数;又I2=I3,所以:I1=I4,即A1、A3的示数相等,选项 A、C正确,B、D错误。,2.电机输出功率为100kW,输出电压为250V,用户需要220V的电压,输电线电阻为10,若输电线损失的功率为4kW,求升压和降压变压器原、副线圈的匝数比。
17、,【解题指南】解答本题需要把握以下三点: (1)根据输电导线的功率损失求出输电电流。 (2)根据欧姆定律求出输电导线损失电压。 (3)根据变压器电压与匝数的正比关系求出匝数比。,【解析】设输电线中的电流为I,则I2R=P损失电压U =IR=2010V=200V 设升压变压器的输出电压为U2,由P=U2I,得所以升压变压器,降压变压器的输入电压 U3=U2-U =5 000V-200V=4800V 所以降压变压器 答案:120 24011,【互动探究】上题中用户如果是学校,所送电能全部用来照明,求供多少盏60W的日光灯正常工作? 提示:N= =1.6103盏 答案:1.6103盏,【补偿训练】
18、(多选)某小型水电站的电能输送示意图如图所示。发电机的输出电压为200V,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、副线圈匝数分别为n3、n4(变压器均为理想变压器)。要使额定电压为220V的用电器正常工作,则 ( ),A. B. C.升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压 D.升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率,【解析】选A、D。根据变压器的工作原理可知 由于输电线上损失一部分电压,升压变压器的 输出电压大于降压变压器的输入电压,有U2U3,所以选项A正确,选项B、C错误;升压变压器的输出 功率等于降压变压器的输入功率加上输电线上损失的 功率,选项D正确。,【通法悟道】远距离输电问题的分析思路 (1)先画出远距离输电的示意图,并将已知量和待求量写在示意图的相应位置。 (2)以变压器为界将整个输电电路划分为几个独立回路,各回路分别用欧姆定律,串、并联的特点及电功、电功率等公式进行计算。联系各回路的是原、副线圈电压、电流与匝数的关系及输入功率等于输出功率的关系。 (3)输电线的功率P线=I2R线是解题的关键。,【课堂小结】,
