6.2.5.4. Передача и потребление электроэнергии

Электроэнергия очень удобна для потребления. Производят ее в местах концентрации гидро- и топливоресурсов и большая часть произведенной энергии сразу же должна быть использована. Электроэнергию передают на большие расстояния с помощью линий электропередач (ЛЭП), в которых часть её теряется на нагревание. Мощность потерь Р_п = I²R (п.6.2.3.5); (п. 5.1.2.6)  .

Для уменьшения Р_п можно увеличивать S, что дорого, эффективнее уменьшать I. Т.к. передаваемая мощность P = UI, уменьшение I означает увеличение U.

• Для передачи электроэнергии на большие расстояния напряжение может быть повышено до 500000 В (500 кВ) и более.

Как правило, генераторы вырабатывают электроэнергию с напряжением 11 кВ и применяется следующая схема её передачи:

• Применяемые в этой схеме трансформаторы имеют очень большую мощность и размеры. Их размещают в трансформаторных подстанциях.

• Производители электроэнергии, ЛЭП и подстанции образуют энергосистему, позволяющую оптимально распределять произведенную энергию.

6.2.5.5. Токи высокой частоты и их применение

Частота переменного тока бытовой электросети  = 50 Гц (в США и Канаде  = 60 Гц; U = 110 В) и её считают низкой.

Некоторые технические устройства позволяют получать токи высокой частоты (ТВЧ) с   10⁴–10⁸ Гц. Под влиянием быстро меняющегося магнитного поля внутри проводника возникают вихревые токи, приводящие к неравномерной плотности тока (в центре сечения проводника она близка к нулю, у поверхности – максимальна). Явление концентрации ТВЧ у поверхности проводника – скин-эффект (англ. skin – кожа) – позволяет заменять сплошные проводники тонкостенными трубками. Скин-эффект применяют в процессах, где необходим поверхностный прогрев материала (в металлообработке, медицине и пр).

Помимо непосредственного прохождения тока по поверхности проводника применяют воздействие на материал высокочастотного магнитного поля. Его воздействию подвергают как проводники, так и диэлектрики. Диполи диэлектриков в поле переориентируются с высокой частотой, что вызывает прогрев материала (высокочастотные печи, сушилки для древесины и др.).

6.2.6. Электромагнитные волны (эмв)

6.2.6.1. Электромагнитное поле и его распространение в пространстве в виде эмв

Из теории электромагнитного поля Максвелла (п.5.2.5.4) следуют два важных вывода: 1) переменное магнитное поле создает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле; 2) переменное электрическое поле создает в окружающем пространстве вихревое магнитное поле.

Значит, если возбудить периодически меняющееся электрическое (магнитное) поле, то в соседних точках пространства будут возникать периодические изменения магнитного (электрического) поля и можно говорить о распространении периодического электромагнитного поля (ЭМП).

ЭМП распространяется путем последовательного перемещения колебаний электрического и магнитного полей от одной точки пространства к другой, что происходит с большой скоростью, но не мгновенно.

Электромагнитная волна (ЭМВ) – распространение электромагнитного поля в пространстве с течением времени.

Максвелл показал, что в каждой точке ЭМП векторы напряженности электрического поля и индукции магнитного поля взаимно перпендикулярны и лежат в плоскости, перпендикулярной направлению  распространения волны, причем если рукоятку правого винта вращать по направлению от к , то поступательное движение винта укажет направление Z.

Согласно теории Максвелла и синфазны и распространение волны в пространстве с течением времени можно изобразить:

• 

  ЭМВ распространяется как в средах, так и в вакууме (наличия частиц не требуется).

• Скорость ЭМВ в вакууме выше, чем в среде, и равна скорости света с = 310⁸ м/c.

ЭМВ (как и всякое колебание) переносит энергию.

Длина ЭМВ () – расстояние между ближайшими точками ЭМВ, колеблющимися в одинаковых фазах.