在_远距离输电_实验中的意外发现_宋兴会.pdf
来源：物理ok网
编辑：宋兴会
时间：2016-01-14
点击量：次
在“ 远距离输电” 实验中的意外发现
宋兴会
(岐山县蔡家坡高级中学 陕西 宝鸡 722405)
在 《电磁学》 (梁灿彬、 秦光戎、 梁竹健著， 高等教育出版社
1980 年 12 月第一版) 第 571 页写到 :“为了减小输电线上的功
率损失和电压损失， 应该在保证输送功率不变的前提下、 尽可
能的减小输电线上的电流． 根据 P = IUcosφ， 要保证 P 不变而
减小 I， 除了提高负载的功率因数之外， 还应尽可能提高输电电
压 U， 即实行高压输电． …… 在输电距离较长时就要用变压器
升压…… ” 但是由于安全上的考虑以及制造上的困难， 一般用
电设备只能在低压下工作(例如220 V， 即使高压电动机也不过
几千伏)， 因此在输电线的末端又要用变压器降压， 这可称为:
‘高压输电， 低压用电’ ． ……”
为了体会这些 “远距离输电的原理” ， 笔者采用了分步模
拟 “远距离输电过程”的实验办法， 但却得出了与此不同的实
验结果:
实验一
1． 课题:体会 “低压远距离输电”不能成功的原因．
2． 电路和器材:用四根镍铬合金线(研究电阻定律的器
材)、 两两串联形成两根 “远距离输电线” ;输出电压为4 伏的学
生交流电源(当做 “发电机” );可在手电筒中使用的小灯泡及
灯座(当做 “用电设备” ); 一端带有鳄鱼夹、 另一端与小灯泡相
连的导线(两根)．
3． 操作及现象:使两个鳄鱼夹处在两根“远距离输电线”
上离电源较近的合适位置， 接通电路， 小灯泡正常发光;然后，
使两个鳄鱼夹在两根“远距离输电线”上自由滑动、 与“发电
机”的距离都逐渐增加， 即镍铬合金线上连入电路的部分 (“输
电线” ) 逐渐的加长， 小灯泡发光的亮度会逐渐的减小、 直至小
灯泡熄灭．
4． 分析和猜测:小灯泡和 “输电线 ”、 “发电机”都是直接
串联， 三者的电流时刻相等． 小灯泡的亮度逐渐减小直至小灯
泡熄灭， 说明输电线路不断加长、 总电阻不断增大时， 输电线中
的电流不是恒定的， 而是逐渐减小、 并且会减小至接近于零;也
说明 “发电机” 输送电的功率 、 “远距离输电线” 上的损耗功率、
“用电设备”的用电功率都可能逐渐减小．
5． 实验结论 :“低压远距离输电”不能成功的原因， 可能不
是随着输电线的不断加长、 损耗功率越来越大， 而是发电机输
送电的功率变得越来越小．
实验二
1． 课题:体会 “升压变压器”在 “输送电”过程中的作用．
2． 电路和器材:在实验一的电路和器材中， 增加匝数比为
1 ︰ 4 和 16 ︰ 220 的两个升压变压器， 连接小灯泡的两根导线
上的鳄鱼夹都在实验一的最后位置．
3． 操作及现象:在实验一的 “发电机”和两根 “远距离输
电线”之间加接匝数比为1 ︰4 的升压变压器， 接通电源， 在实
验一中发光变暗了的小灯泡， 不但没有因为 “升压”而被烧毁，
而且几乎不亮． 换接匝数比为 16 ︰ 220 的升压变压器， 再接通
电源， 升压变压器发出了噪音， 在实验一中发光变暗了的小灯
泡、 发光亮度明显变大;再次改变鳄鱼夹在输电线上的位置， 使
两鳄鱼夹离 “发电机” 越来越远 、 “输电线路” 再次逐渐加长时，
小灯泡才又逐渐变暗．
4． 分析和猜测:小灯泡和 “输电线”仍然是直接串联， 二者
的电流时刻相等． 小灯泡发光亮度会明显变大， 说明单纯 “升压
送电”后， 输电线上的电流不一定减小、 而可能增大， 输电线上
的损耗功率也可能因输电线上的电流增大而变大;升高送电电
压后 ， “用电设备”不一定就处在高压的危险中， 倒可能正常工
作， 可送电的距离还能加长．
5． 实验结论 :“ 升压送电” ， 可能提高了电源的输出功率、
用电设备的用电功率、 能把电能输送得更远， 但是却把输电线
上的损耗功率也同时增大了．
实验三
1． 课题:体会 “降压变压器”在 “输送电”过程中的作用．
2． 电路和器材:实验二(接匝数比为 16 ︰ 220 的升压变压
器) 的电路和器材、 匝数比为 4 ︰ 1 的降压变压器， ．
3． 操作及现象:两个鳄鱼夹先保持在实验二中的最后位
置， 然后在带有鳄鱼夹的两根导线和小灯泡之间加接匝数比为
4 ︰1 的降压变压器， 接通电路;在实验二中最后变暗的小灯泡
此时又变亮了;升压变压器此时发出的噪声明显小于实验二
中;使两鳄鱼夹与 “发电机” 离得更远， 即 “输电线路” 继续加长
时， 小灯泡又逐渐变暗．
4． 分析和猜测:小灯泡和 “输电线 ”、 “发电机”都不再是
直接串联， 三者的电流不再相等． 小灯泡又变亮， 说明降压变压
器并没有使小灯泡两端的电压降低， 反而使小灯泡两端的电压
升高、 电流增大;升压变压器发出的噪声变小， 说明升压变压器
原副线圈和 “输电线”中的电流都由于 “降压用电”而减小了．
5． 实验结论 :“降压用电” ， 可能既增大了用电设备上的电
压、 电流和功率， 又减小了输电线上的电流和功率损失， 提高了
输送电的效率， 也增加了可输电的距离．
以上实验现象真实可靠， 结论是否正确， 敬请同行们研究
后指正．
宋兴会
(岐山县蔡家坡高级中学 陕西 宝鸡 722405)
在 《电磁学》 (梁灿彬、 秦光戎、 梁竹健著， 高等教育出版社
1980 年 12 月第一版) 第 571 页写到 :“为了减小输电线上的功
率损失和电压损失， 应该在保证输送功率不变的前提下、 尽可
能的减小输电线上的电流． 根据 P = IUcosφ， 要保证 P 不变而
减小 I， 除了提高负载的功率因数之外， 还应尽可能提高输电电
压 U， 即实行高压输电． …… 在输电距离较长时就要用变压器
升压…… ” 但是由于安全上的考虑以及制造上的困难， 一般用
电设备只能在低压下工作(例如220 V， 即使高压电动机也不过
几千伏)， 因此在输电线的末端又要用变压器降压， 这可称为:
‘高压输电， 低压用电’ ． ……”
为了体会这些 “远距离输电的原理” ， 笔者采用了分步模
拟 “远距离输电过程”的实验办法， 但却得出了与此不同的实
验结果:
实验一
1． 课题:体会 “低压远距离输电”不能成功的原因．
2． 电路和器材:用四根镍铬合金线(研究电阻定律的器
材)、 两两串联形成两根 “远距离输电线” ;输出电压为4 伏的学
生交流电源(当做 “发电机” );可在手电筒中使用的小灯泡及
灯座(当做 “用电设备” ); 一端带有鳄鱼夹、 另一端与小灯泡相
连的导线(两根)．
3． 操作及现象:使两个鳄鱼夹处在两根“远距离输电线”
上离电源较近的合适位置， 接通电路， 小灯泡正常发光;然后，
使两个鳄鱼夹在两根“远距离输电线”上自由滑动、 与“发电
机”的距离都逐渐增加， 即镍铬合金线上连入电路的部分 (“输
电线” ) 逐渐的加长， 小灯泡发光的亮度会逐渐的减小、 直至小
灯泡熄灭．
4． 分析和猜测:小灯泡和 “输电线 ”、 “发电机”都是直接
串联， 三者的电流时刻相等． 小灯泡的亮度逐渐减小直至小灯
泡熄灭， 说明输电线路不断加长、 总电阻不断增大时， 输电线中
的电流不是恒定的， 而是逐渐减小、 并且会减小至接近于零;也
说明 “发电机” 输送电的功率 、 “远距离输电线” 上的损耗功率、
“用电设备”的用电功率都可能逐渐减小．
5． 实验结论 :“低压远距离输电”不能成功的原因， 可能不
是随着输电线的不断加长、 损耗功率越来越大， 而是发电机输
送电的功率变得越来越小．
实验二
1． 课题:体会 “升压变压器”在 “输送电”过程中的作用．
2． 电路和器材:在实验一的电路和器材中， 增加匝数比为
1 ︰ 4 和 16 ︰ 220 的两个升压变压器， 连接小灯泡的两根导线
上的鳄鱼夹都在实验一的最后位置．
3． 操作及现象:在实验一的 “发电机”和两根 “远距离输
电线”之间加接匝数比为1 ︰4 的升压变压器， 接通电源， 在实
验一中发光变暗了的小灯泡， 不但没有因为 “升压”而被烧毁，
而且几乎不亮． 换接匝数比为 16 ︰ 220 的升压变压器， 再接通
电源， 升压变压器发出了噪音， 在实验一中发光变暗了的小灯
泡、 发光亮度明显变大;再次改变鳄鱼夹在输电线上的位置， 使
两鳄鱼夹离 “发电机” 越来越远 、 “输电线路” 再次逐渐加长时，
小灯泡才又逐渐变暗．
4． 分析和猜测:小灯泡和 “输电线”仍然是直接串联， 二者
的电流时刻相等． 小灯泡发光亮度会明显变大， 说明单纯 “升压
送电”后， 输电线上的电流不一定减小、 而可能增大， 输电线上
的损耗功率也可能因输电线上的电流增大而变大;升高送电电
压后 ， “用电设备”不一定就处在高压的危险中， 倒可能正常工
作， 可送电的距离还能加长．
5． 实验结论 :“ 升压送电” ， 可能提高了电源的输出功率、
用电设备的用电功率、 能把电能输送得更远， 但是却把输电线
上的损耗功率也同时增大了．
实验三
1． 课题:体会 “降压变压器”在 “输送电”过程中的作用．
2． 电路和器材:实验二(接匝数比为 16 ︰ 220 的升压变压
器) 的电路和器材、 匝数比为 4 ︰ 1 的降压变压器， ．
3． 操作及现象:两个鳄鱼夹先保持在实验二中的最后位
置， 然后在带有鳄鱼夹的两根导线和小灯泡之间加接匝数比为
4 ︰1 的降压变压器， 接通电路;在实验二中最后变暗的小灯泡
此时又变亮了;升压变压器此时发出的噪声明显小于实验二
中;使两鳄鱼夹与 “发电机” 离得更远， 即 “输电线路” 继续加长
时， 小灯泡又逐渐变暗．
4． 分析和猜测:小灯泡和 “输电线 ”、 “发电机”都不再是
直接串联， 三者的电流不再相等． 小灯泡又变亮， 说明降压变压
器并没有使小灯泡两端的电压降低， 反而使小灯泡两端的电压
升高、 电流增大;升压变压器发出的噪声变小， 说明升压变压器
原副线圈和 “输电线”中的电流都由于 “降压用电”而减小了．
5． 实验结论 :“降压用电” ， 可能既增大了用电设备上的电
压、 电流和功率， 又减小了输电线上的电流和功率损失， 提高了
输送电的效率， 也增加了可输电的距离．
以上实验现象真实可靠， 结论是否正确， 敬请同行们研究
后指正．
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