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从另一个角度探讨远距离高压输电 对远距离高压输电，高中物理是这样论证的：输电线上的功率损失为△P=I2r，据此，可以有两个途径来减小输电损失，一是减小输电线的电阻，二是减小输电线中的电流。在远距离输电的情况下，减小输电线的电阻是有限度的，因为选用电阻率小的金属材料做输电线和增加输电线的横截面积会耗费太多的贵重金属材料，而且输电线太重、太粗给铺设工作带来困难。另外，如果输电线的电阻减为原来的一半，线路上损失的功率减为原来的二分之一，而如果输电电流减为原来的一半，线路上的损失功率将减为原来的四分之一。所以减小输电电流对于降低输电线上的损耗更为有效。为了减小输电电流，同时又要保证向用户提供一定的电功率，就要提高输电电压。 历届的学生在学习远距离高压输电时，都会提出这样一个问题：提高输电电压怎么会减小输电电流呢？由欧姆定律I=U/R，提高电压应该会增大电流。的确，从因果制约关系来说，电路中是电压和电阻决定着电流，而不是由电流和功率决定着电压。 2010年高考浙江理综试卷中一道关于远距离高压输电的选择题，让学生对输电线中的电流到底由谁决定的问题再次陷入了迷茫。 题（2010年浙江理综）某水电站用总电阻为2.5Ω的输电线输电给500km外的用户，其输出电功率是3×106kW。现用500kV电压输电，则下列说法正确的是（　　） ?　　A．输电线上输送的电流大小为2.0×105A ?　　B．输电线上由电阻造成的损失电压为15kV ?　　C．若改用5kV电压输电，则输电线上损失的功率为9×108kW ?　　D．输电线上损失的功率为△P＝U2/r，U为输电电压，r为输电线的电阻 这道题的标准答案是B选项，有争议的是C选项。若改用5kV电压输电，输电电流I=P/U=3×109/5×103A=6×105A，输电线损失的功率为I2r=(6×105)2×2.5W=9×108kW。线路上损失的功率大于电站的输出功率，这是不可能的，所以C选项应该是错误的。但问题是，课本中远距离输电就是这样来计算线路上的电功率损失的，上面的计算没有错误，为什么会出现不可能的结果呢？ 为了解决这个疑问，我们从另一个角度对远距离输电的原理进行了探讨。在下面的探讨中，我们把问题限定在高中物理的范围内，假设电路是纯电阻的。 如图1所示，r是输电线电阻，R是用户的总电阻，输电电压U恒定。输电线中的电流I=，电站的输出功率为。用户端并联的用电器越多，R越小，电站的输出电流和输出功率均越大。当输电电压U=5kV、输电线电阻r=2.5Ω时，电站的最大输出电流为，最大输出功率为Pm==1×104 k W，可见，输电电流不可能为6×105A，输出功率不可能为3×106kW。题目已知“输出电功率是3×106kW”，在输电电压为5kV时。 上面求出当输电电压U=5kV、输电线电阻r=2.5Ω时，电站的最大输出功率为1×104 k W，这个功率是完全损耗在输电线上的。输电的目的是要把电能输送到用户，用户能获得的最大功率功率容易证明当R=r时，PR最大，最大值为=2.5×103kW。这就是说，输电电压U=5kV、输电线电阻r=2.5Ω时，输送到用户的电功率最多也只有2.5×103kW。 可见对于远距离输电，不但存在输电线损耗的问题，还存在着电输不出去的问题。输电线损耗和电能输送不出去原因是相同的，都是由于输电线存在电阻。如果输电线没有电阻，输电线上就没有功率和电压的损耗，加在用户两端的电压恒等于电站的输出电压。例如电站的输出电压是220V，那么用户两端的电压也始终是220V，在用户端不断地并联上额定电压是220V的用电器，都能正常工作，电站的电能就能源源不断地输送，直到电站的输出功率增加到电站的额定功率。 在高温超导体还没有研制成功，输电线的电阻不能忽略的情况下，有效地输送到远处首先要求输送到用户端的功率足够大，要求输送到用户端的最大功率 （1） 足够大。输电线上损耗的功率相对于输送的功率要足够小，要求 （2） 足够。 在无法进一步减小输电线电阻的情况下，要把电能大量地输送到远处的用户，由（1）式知道，应该提高输电电压。这可以利用升压变压器做到，如图2所示。 这随之产生一个问题：输电电压增大，用户两端的电压也会增大，如果用户两端的电压比用电器的额定电压大很多，用电器就不能使用了。为了使用户能正常工作，容易想到在用户端接一匝数比恰当的降压变压器，如图3所示。 考虑这么做对输电效率有什么影响？设降压变压器原线圈的电流、电压分别为I3、U3，副线圈的电流、电压分别为I4、U4，原、副线圈的匝数分别为n3、n4，则有 U3=， 从而有 这就是说，图3中C、D右边可以等效为一个电阻R3， R3=，如图4。n3大于n4，所以R3比