高二物理3.1高壓輸電原理

新疆風(fēng)力發(fā)電站三峽水力發(fā)電站山東火力發(fā)電站大亞灣核電站秦山核電站三峽水電站3.1高壓輸電原理教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)與能力：了解為什么用高壓輸電。知道減少遠(yuǎn)距輸送電能損失的主要途徑。了解電網(wǎng)在能源利用上的作用，認(rèn)識(shí)科學(xué)技術(shù)對(duì)人類生活的深遠(yuǎn)影響。聯(lián)系實(shí)際：電站往遠(yuǎn)處送電一﹑遠(yuǎn)距離輸送電能為什么要用高電壓來(lái)輸送？輸電要用導(dǎo)線，導(dǎo)線當(dāng)然有電阻，如果導(dǎo)線很短電阻很小可忽略，而遠(yuǎn)距離輸電時(shí)導(dǎo)線很長(zhǎng)，電阻大不能忽略，當(dāng)電流通過(guò)輸電線時(shí)，產(chǎn)生熱量Q，損失一部分電能，同時(shí)輸電線上有電壓降，故也損失一部分電壓原因1：輸電線上有電能損失。這樣大的電流，經(jīng)過(guò)1km的輸電線（電阻為0.1Ω），產(chǎn)生的熱功率為分析：在初中物理中我們已經(jīng)學(xué)過(guò)電功率的公式P=UI，據(jù)此：由發(fā)電機(jī)的輸出功率和輸送電壓，即得輸電線上的電流:理論計(jì)算：

案例1：一臺(tái)1.25×105kW的發(fā)電機(jī)發(fā)出的電，若用10kV的電壓輸送，輸電線上的電流有多大？若兩條輸電線每千米的電阻是0.1Ω，那么電流在1km長(zhǎng)的兩條輸電線上將產(chǎn)生多少熱功率？若以這種方式將電能輸送5km的距離，輸電線上損耗的功率占發(fā)電機(jī)輸出功率的百分比是多少？P損÷P=12.8%由此可見(jiàn)，電能損耗的根本原因是輸電線上有電阻，而且遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，損失較大，必須設(shè)法減小輸電線上的電能損耗。原因2：必須減少電能的損耗。如何減少？（由P=I2R知）在5km的距離上，輸電線的電阻R′=0.5Ω，產(chǎn)生的熱功率

也就是說(shuō)，在輸送5km距離時(shí)，就有64%的電能被導(dǎo)線上的電阻損耗了。

所以：

途徑一：減小輸電線上的電阻（由電能損耗的根本原因知減小輸電線上的電阻來(lái)可降低損耗，如何減小輸電線上的電阻?

）??！輸電線再長(zhǎng)點(diǎn)不就損耗完了嗎！理論分析：由電阻定律知:①減小輸電線的電阻率;鐵的電阻率:ρ鐵＝1.0×10-7（Ω·m）

鋁的電阻率:ρ鋁＝2.9×10-8（Ω·m）銅的電阻率:ρ銅＝1.7×10-8（Ω·m）銀的電阻率:ρ銀＝1.6×10-8（Ω·m）理論計(jì)算：

要求：輸電線上損失的電能不超出輸送電能的10％，輸送的電功率仍為：②減小輸電線的長(zhǎng)度L;不可行，因?yàn)橐ＷC輸電距離③增加導(dǎo)線的橫截面積S;太粗不可能，既不經(jīng)濟(jì)又架設(shè)困難。減小材料的電阻率ρ.銀的電阻率最小，但價(jià)格昂貴，目前選用電阻率較小的銅或鋁作輸電線.P＝1.25×105kW，輸電電壓仍為：U＝10kV,輸送距離仍為5km輸電線上可損耗的電能若為P損＝1.25×104kW，求導(dǎo)線電阻R為多少？解析：由發(fā)電機(jī)的輸出功率和輸送電壓，即得輸電線上的電流仍為:由上可知：減少電阻的方法僅能適當(dāng)減小P損，不能達(dá)到理想效果。

即輸電線的電阻應(yīng)為原來(lái)的6.25分之一，橫截面積為增為原來(lái)的6.25倍，其直徑應(yīng)為原來(lái)的2.5倍由P損=I2R可得5km電阻應(yīng):線長(zhǎng)5km損耗由64%降到10%，電阻由0.5Ω降到0.08Ω，R′÷R=0.5÷0.08=6.25

另辟蹊徑，根據(jù)P損=I2R，可減小輸電線中的電流,同樣可減小電能的損耗。論證：設(shè)電源提供的電功率為P0恒定，輸出電壓U可調(diào)，連接負(fù)載的輸電線總電阻是R，那么,電線上損耗的電功率為:P損=I2R途徑二：減小輸電線中的電流。（如何減??？）分析：由P=UI可知：當(dāng)輸送的功率一定時(shí)，采用升高輸電電壓的方法，就可以減小輸送電流.而

由此可得：輸電線上損耗的電功率：思考①.輸電線上的電能損耗與哪些因素有關(guān)？思考②：若輸電電壓提高100倍，則輸送過(guò)程中損失的功率變?yōu)樵瓉?lái)的多少倍？理論計(jì)算：高壓輸電原理5km10kv64%,5km500kv

0.025%請(qǐng)同學(xué)們計(jì)算案例一中，如果采用500kV的超高壓輸電，那么，電流在5km的距離上將產(chǎn)生多少熱功率？輸電距離為500km時(shí)，輸電線路上產(chǎn)生的熱功率占發(fā)電機(jī)輸出功率的百分比是多少？請(qǐng)自己對(duì)案例二進(jìn)行分析，解出答案（P損=3.125×104w、

P損÷P×100%=0.025%)思考③：為減小輸電線上的電能損耗，采用怎樣的辦法最為有效？理論計(jì)算分析證明：★提高輸送電能的電壓，可以更有效地減小輸電線路上的電能損耗，這是遠(yuǎn)距離輸電采用高電壓的根本原因★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(lái)的n倍，輸電線上的功率損失降為原來(lái)的倍.

思考④：是不是輸電電壓越高越好？不是。電壓過(guò)高，會(huì)增加絕緣有困難，因而架線的費(fèi)用增加，輸電線路還容易向大氣放電，增加電能的損失。要綜合考慮，選擇合適的輸電電壓。二交流輸配電網(wǎng)1.電能的優(yōu)點(diǎn)：電能通過(guò)輸電線就可以輸送到遠(yuǎn)方．相對(duì)于煤炭、石油等能源的輸送需要大量的交通運(yùn)載工具來(lái)說(shuō)，這是它突出的優(yōu)點(diǎn)．2.輸送電能的基本要求：可靠、保質(zhì)、經(jīng)濟(jì)．3.電網(wǎng)供電（1）將多個(gè)電廠發(fā)的電通過(guò)輸電線、電站連接起來(lái)，形成全國(guó)性或地區(qū)性輸電網(wǎng)絡(luò)，這就是電網(wǎng)?，F(xiàn)在，有的還與外國(guó)聯(lián)網(wǎng)，形成國(guó)際化的電網(wǎng).（2）優(yōu)點(diǎn)：①減少發(fā)電設(shè)施的重復(fù)建設(shè)，降低運(yùn)輸成本②可保證發(fā)電和供電的安全可靠，方便調(diào)整供需平衡使電力供應(yīng)更加可靠、質(zhì)量更高。（3）交流高壓輸電的基本環(huán)節(jié)發(fā)電站升壓變壓器高壓輸電降壓變壓器用戶三，案例分析

課堂練習(xí)：P67