高低压输电线路比较演示器
摘 要：提高输电电压，是减少远距离输电过程中电能损失的最有效的办法。
关键词：高压输电；减少能量损失；升压变压器；降压变压器
研究背景及意义：学习了欧姆定律知识后，同学们对提高电压，电流会增大印象很深刻，而对于远距离输电过程中利用提高电压的办法能大大减少在输送过程中电能的损失感觉理解不透，形成了认知上的误区。在电力工业迅猛发展的今天，能源短缺的情况下，作为高中生我们应该了解如何用电才能更加节能。通过上网查找资料，与老师探讨弄清了其中的道理，并激发了我的研究兴趣。因此我与同学动手共同研制了高低压输电线路比较演示器。在此过程中锻炼了我们的创新意识和实践操作能力，同时也增强我们学习物理知识的兴趣。
研究目标：直观显示对比高、低压输电线路区别，体现高压输电的节能优越性，方便初高中生对远距离输电过程中高压输电可以减少电能损失问题的研究和理解。
研究过程及应用原理：
一、输送电能的基本要求是： 可靠、保质、经济
可靠：是指保证供电线路可靠地工作，少有故障和停电。
保质：就是保证电能的质量，即电压和频率稳定。
经济：是指输电线路建造和运行的费用低，电能损耗小。
电能输送的示意图
二、输电线上的功率损失
（一）为什么输电线上有电能损失？
用导线把电源和用电设备连起来就可以输送电能了，但发电厂与用户可能距离很远，要把电能输送到远方需要架设很长的电线，由于输电线越长，电阻越大，根据 Q=I2Rt当电流通过输电线时，产生较多的热量Q，这时在输电过程中损失的大量的电能就不能忽视了。
（二）如何减少电能损失？
输电线上损失的功率为P损失=I2R，因此可以有两个途径来减少输电损失。
1）减少导线电阻，由电阻定律知 R=ρL/S。
①减小材料的电阻率ρ，银的电阻率最小，但价格昂贵，目前选用电阻率较小的铜或铝作输电线。
②减小输电线的长度L不可行，因为要保证输电距离。
③增加导线的横截面积，可以减小电阻。但也是有一定限度的，过粗的导线会耗费太多的金属材料，不经济，而且输电线太粗、太重也会给铺设工作带来困难。
2）另一个途径是减小输电导线中的电流，因此根据P损失=I2R在导线电阻R合理确定后，减小电流是减少电能损失最有效的办法了。而为了保证对用户的电能的供应充足，还需要在保证输出功率不变，根据P=UI， 电流I减小，电压U必须提高。所以提高输电电压，是减少电能损失的行之有效的办法。
根据P=UI可知输送功率不变时，输送电压提高n倍，电流减小到原来的1/n，根据 P=I2R，当电流减小到原来的1/n时，则损失功率减小为原来的1/n2，这样就大大减小了电能的损失。（以下是远距离输电电路示意图）
三、动手做起来
教师在课堂上利用如右图所示的这种高压输变电演示器，不直观形象，所以许多同学对高压输电原理理解不透。因此一个直观形象的效果良好的“高低压输电线路比较演示器”就这样应运而生了！（如下图所示
在老师的帮助下，在学校实验室中找到了两个小型升降压变压器、学生电源、带有接头的导线、铝制支架、小灯泡、螺丝螺母等材料，学生电源模拟发电机，小灯泡做模拟用户的用电器。用家里装修时剩下的铝合金和复合板下脚料制作底座。用什么做输电线呢？考虑到远距离输电导线长电阻大，而模拟实验输电距离短导线短，高、低压两组输电线路能量损失差别太小。所以用普通导线不行，经过一番讨论，最后决定用市面上购买了电热丝作为输电线，原因是采用电阻率大的电热丝，使高、低压输电热损失产生明显的区别，对比实验效果明显。这些实验材料都是生活中容易找到的物品，符合当今社会“节能环保的”理念！
用同一发动机分成两路供电，其中一个电路经升压变压器将电压升高后输送到用户附近再经降压变压器降压后使模拟用户电灯发出了明亮的光，说明电能损失小。而另一路不变压直接送到用电器，电灯發光非常暗淡，不能正常工作，说明输电损失大，灯泡一明一暗两者对比凸显了高压输电的优越性，效果特别明显。之后，调整低压线路的发电机处的电压使低压线路的电灯也正常发光，再测电流电压发现发电机电压太高，说明直接供电是不能实现的。（发电机电压不能太高）
虽然在制作过程遇到了好多的困难，但通过上网查询，翻阅资料，请教老师，同学合作，困难被一一化解了，经过几次修改，作品已初步成型，演示效果非常好。得到了老师、专家的好评。经历了创作过程使我增长了好多见识，提高了动手操作能力。结合实际知道了大街上，各个居民小区，原野中为什么有那么多的变压器了。我也更加热爱物理学科了。
四、深入探索：是不是输电电压越高越好？
输电电压也不是越高越越好。电压越高，对输电线路以及变压器的要求越高，建设费用越高。实际输送电能时，要综合考虑，如输送功率的大小、距离远近、技术和经济要求等，要依照不同情况选择合适的输电电压。
而采用电网供电可以在能源产地使用大容量发电机组，降低一次能源的输送成本，获得最大的经济效益。同时，电网可以减少断电风险，调剂不同地区电力供需平衡，保障供电质量。
社会在发展，科技在进步，投身于科学研究中是我最大的心愿！
