Часто ли вы слышите вопросы от детей, на которые не знаете ответы?Иногда мы сами задаем вопросы детям, думая, что знаем правильный ответ. Здесь рассматриваются три вопроса "висящие" на электрических проводах, которые часто интересуют детей и взрослых, но не всегда известен правильный ответ.
1. Почему птиц, которые сидят на проводах, не бьёт током? А иногда все же бьёт?
Этот вопрос часто разбирают на форумах, но до сих пор многие так и не поняли, почему же птиц, которые сидят на линиях электропередач, не убивает током, ведь там же большое напряжение и по идеи птицу должно было бы просто испепелить таким током, но нет, птички спокойно себе сидят на проводах.
На самом деле, через птицу ток идет, но он настолько мизерный, что птица его не ощущает. Сопротивление самой птицы во много раз больше в сравнении с сопротивлением того куска провода, который проходит между ее лап, поэтому электрическим зарядам «невыгодно» проходить через лапы, когда есть оптимальный маршрут по металлу. С другой стороны, падение напряжения на таком участке провода – микроскопическое, а птица является параллельно соединенной с участком провода. Из школьного курса нам известно, что напряжение на параллельных участках одинаково., следовательно через тело птицы идет малый ток под малым напряжением. Часто люди не понимают именно того факта, что напряжение на участке маленькое, даже если линия высоковольтная. Грубо это можно объяснить на примере гирлянды, которая состоит из десятков лампочек, включенных последовательно одна за другой. Каждая лампочка рассчитана на напряжение 1,5-3,5 вольта, но вся цепочка включена в сеть 220 вольт. Каждая лампочка отбирает для себя только необходимые ей напряжение. Можно сказать, что провода ЛЭП состоят из большого количества маленьких последовательных участков (на которых могут сидеть птицы) на каждом из которых происходит мизерное падение напряжения. Некоторые люди считают себя бессмертными знатоками электрических токов, лезут на опоры ЛЭП, чтобы почувствовать себя птичкой на проводе, как результат в большинстве случаев они либо летят, но вниз, либо душа расстается с телом. А все из-за того, что они забывают, что птиц (настоящих) иногда убивает током.
Такое часто бывает на опорах, когда птица касается, и провода, и другой проводящей поверхности. В этой ситуации тело птицы является более «выгодным» маршрутом для зарядов. При этом напряжение между лапами на проводах и клювом на проводящей опоре может достигать киловольтных значений.
Очень часто так гибнут вороны, которые садятся на провод, а об опору пытаются почистить клюв. Иногда если птички сидят на параллельных близко расположенных проводах, они могут коснуться друг друга, и тогда скорее всего обе они погибают.
Смерть птиц на ЛЭП лишний раз доказывает опасность тока, который никак нельзя почувствовать, пока не станешь его проводником.
2. Почему по проводам пускают высокое напряжение до 100 тысяч вольт?
Казалось бы, пусть там будет 220 В или 250 В с запасом на потери и не нужно строить лишние трансформаторы, но нет же, на большие расстояния ток передают киловольтными значениями. Зачем?
При больших напряжениях потери энергии в проводах гораздо меньше чем при малом напряжении. Мощность тока определяется как произведение силы тока на напряжение P=IU, соответственно при одной и той же мощности, передаваемой ЛЭП, чем больше напряжение, тем меньше должна быть сила тока. Уменьшение силы тока приводит к меньшему выделению тепла на проводах, так как количество теплоты
Соответственно видно, чем меньше ток, тем меньше будут нагреваться провода и наоборот. Вспомним, что в сварочном аппарате, напряжение несколько вольт, а сила тока достигает сотен ампер. Поэтому, чем выше напряжение, тем меньше потери.
3. Зачем провода вешают с провисанием?
Можно опросить знакомых или поискать ответ в Интернете, но чаще всего вы услышите в ответ, что зимой провода от холода становятся короче и могут оборваться.
Да, действительно большинство веществ при охлаждении сжимается, но не до такой степени. Самый большой перепад температур в России около 100 градусов, в Верхоянске, при такой разности температур провод из алюминия длиной 50 м изменит свою длину на 12 см, и это если его подвесили в самый жаркий день, в реальности же изменения длины не будет превышать 6-8 см. Конечно, разность температур влияет на длину провода, но ее иногда даже не учитывают, настолько мало влияние. Кроме того, если провода натянуть как струну в жаркий день, то в при сильном морозе они не лопнут из-за изменения длины. Дело в том, что алюминиевые провода в такой ситуации просто растянуться из-за упругости металла, которая у алюминия практически не изменяется с понижением температуры.
Провисание проводов делается для того, чтобы они не оборвались, но не из-за изменения температуры и как следствие длины, а из-за возможного образования наледи на проводах или сильного ветра.
Если провод будет натянут как струна, то даже небольшое количество льда приведет к его обрыву. Для понимания рассмотрим простой пример, когда у нас провод натянут как струна.
Тогда подвесив на середину провода небольшой груз, мы получим, что под воздействием веса этого груза провод начинает деформироваться, возникают силы упругости, которые должны уравновесить вес нашего груза по III закону сэра Исаака Ньютона (сила действия равна силе противодействия). Так как сила противодействия должна быть направлена строго вверх, а никакого физического воздействия сверху нет, то эта сила возникает как результат векторной суммы сил упругости алюминия (складываем по правилу параллелограмма), которые направлены вдоль провода.
Из-за небольшого угла деформации, эти силы натяжения становятся очень большими, и они способны разорвать провод. Если же изначально провод провисал, то угол окажется больше, а силы натяжения меньше. Вот это и является основной причиной провисания проводов.
Подобное явление разбирается в книге Я.Перельмана «Знаете ли вы физику?», только там предлагается способ по вытаскиванию застрявшего автомобиля.