§ 62. Передача электрической энергии

Электростанции обычно строят вдали от городов, поэтому электричество приходится передавать на сотни километров по линиям электропередачи (ЛЭП). При движении зарядов часть энергии неизбежно превращается в тепло и рассеивается в атмосфере. Количество энергии, которое реально получит пользователь, вычисляется по формуле E_потребляемая = E_генерируемая - Q. Уменьшение таких потерь — важная задача экономики, поэтому инженеры считают каждую линию заранее.

Согласно закону Джоуля — Ленца (Q = I²Rt), выделяемое в проводнике тепло прямо зависит от параметров цепи. Чтобы сократить потери, можно либо снизить сопротивление кабеля, либо уменьшить силу тока в нём. Поскольку теплота пропорциональна квадрату тока, а не линейно зависит от сопротивления, именно уменьшение I даёт гораздо больший эффект. Именно поэтому весь расчёт линии крутится вокруг силы тока.

Сопротивление провода зависит от металла и от размеров самого провода (R = ρl/S). Здесь ρ — удельное сопротивление металла (Ом·мм²/м), l — длина линии (м), S — площадь поперечного сечения (мм²). Значит, R меньше у металла с малым ρ и у провода с большим сечением. В промышленности выбирают алюминий или медь: они недороги и хорошо проводят ток. Но утолщать жилы бесконечно нельзя — растёт расход металла и вес проводов на опорах.

Следовательно, основной путь экономии — снижение силы тока. При этом мощность у потребителя должна остаться прежней, а она равна P = U·I, где P — мощность (Вт), U — напряжение (В), I — сила тока (А).