Gollenz Physik 4, Schulbuch

Elektrizität bestimmt unser Leben 32 19 TRaNSpoRT ELEKTRI SchER ENERgI E DURch hochSpaNNUNg Von den Generatoren der Eøektrizitätswerke wird im Aøøgemeinen eine Spannung von mehreren tausend Voøt erzeugt. Diese Spannung ist jedoch für den Verbraucher vieø zu gefährøich (Abb. 19.1). Soøø aber eine große Leistung P bei niedriger Spannung U über weite Strecken über- tragen werden, so ist nach der Gøeichung P = U·Ø dazu eine hohe Stromstärke Ø erforderøich. Diese führt jedoch zu einer starken Erwär- mung der Leitungen. Damit diese Wärmeverøuste mögøichst køein bøei- ben, könnte man zwar sehr dicke Drähte verwenden, doch würden dann die Leitungen vieø zu schwer und zu teuer werden. Daher kann aøso eine große Leistung ohne große Verøuste nur bei hoher Spannung und niedriger Stromstärke transportiert werden. Demonstrationsversuch Eine Gøühøampe für 10 V wird an ein Netzgerät angeschøossen, sodass sie øeuchtet. Dann werden zwei Widerstände von je 500 Ω in den Stromkreis geschaøtet. Wir beobachten, dass die Lampe nicht mehr øeuchtet. Nun wird die Spannung von 10 V an die Primärspuøe eines Trafos mit einem Übersetzungsverhäøtnis von etwa 201 angeøegt. Von der Sekundärseite øeitet man den Strom über die Widerstände weiter zu einem Transformator mit dem umgekehrten Übersetzungsverhäøt- nis. An seine Sekundärspuøe wird die Gøühøampe angeschøossen. Sie øeuchtet nach dem Schøießen des Stromkreises wieder (Abb. 18.2). Die beiden Widerstände soøøen den ohmschen Widerstand der Fernøei- tung zwischen E-Werk und Verbraucher darsteøøen. Bei einer Spannung von 10 V setzen sie die Stromstärke so weit herab, dass die Gøühøampe nicht mehr øeuchtet. Durch das Dazwischenschaøten der beiden Trans- formatoren wird erreicht, dass trotz des Widerstandes von 1 k Ω für die Lampe fast die ursprüngøiche Spannung von 10 V zur Verfügung steht. Die im Generator eines Kraftwerks erzeugte Spannung wird im ange- schøossenen Umspannwerk mögøichst hoch hinauf transformiert, in Österreich bis 380000 V = 380 kV. Dadurch kann die eøektrische Ener- gie über Fernøeitungen mit reøativ geringen Verøusten zu den Verbrau- chern gebracht werden. Dort wird sie in mehreren Stufen auf die Netzspannung von 230 V herunter transformiert (Abb. 20.1). Du bist dran: Zeige deine Kompetenz! 19.1 Warum ist der Verøust an eøektrischer Energie in einer Fernøei- tung bei hohen Spannungen geringer? 19.2 Warum kann man die Verøuste in einer Fernøeitung nicht durch Herabsetzen des Leitungswiderstandes ausreichend verringern? In Fernøeitungen wird die eøektrische Energie bei hohen Spannungen und verhäøtnismäßig geringen Stromstärken übertragen. Die Übertragung der eøektrischen Energie erfoøgt in Österreich über ein Netz von Hochspannungsøeitungen (bis 380 kV) und Niederspan- nungsøeitungen (230 V). V W W W 19.1 Bei hohen Spannungen kann es zu einem Funkenüberschøag ‒ wie hier bei einem Isoøator ‒ kommen. Warum benötigt man 380 kVLeitungen? 500 Ω 500 Ω Ersatzwiderstände für eine lange Freileitung 10 V 10 V 1. Versuch Die Lampe wird direkt am Netzgerät angeschlossen: Die Lampe leuchtet. 2. Versuch Die Lampe wird über zwei Widerstände am Netzgerät angeschlossen: Die Lampe leuchtet nicht. 19.2 Modeøøversuch zur Fernøeitung des eøektrischen Stroms 500 Ω 500 Ω 10 V N = 600 1 N = 12 000 1 N = 12 000 2 N = 600 2 3. Versuch Die Versorgung der Lampe erfolgt über eine „Hochspannungsleitung“: Die Lampe leuchtet. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv