2018年8月19日 星期日

高壓電傳輸

這是科工館的點餐...

有關電能的傳輸方式,課本中是這麼敘述, 『電力傳輸都會利用較高的電壓,以避免在傳輸過程中,因電纜線的電阻消耗過多的電能。』,因此我們在從發電廠產生電能後,都會利超高的電壓(34 萬 5 仟伏特)來做長距離的傳輸,避免因過大的電流使得電纜線發熱,同時也消耗了能量。

我們利用兩組變壓器,加上低壓的交流電,就可以來演示這個傳輸的過程



實驗一、原電壓傳輸
1. 將電源供應器調整為 AC 12V 交流輸出(實際電壓為13.2V),再和可變電阻、燈炮串聯成通路

2. 調整可變電阻,觀察燈泡的亮度變化
當電阻小時(距離短),燈泡較亮(這是對照組,原電壓,傳輸時電阻極小)

電阻變大時(距離長),燈泡變暗,甚至不亮


實驗二、高電壓傳輸
1. 將電源供應器連接左側的變壓器(昇壓)黃色的兩端,利用三用電表測量輸出電壓為
63.2V

2. 將兩個變壓器的鱷魚夾接上可變電阻,再利用三用電表測量另一端變壓器(降壓)綠色端的
電壓,確認降壓後的電壓是否和原電壓相同,本次實驗降壓後為 12.9V,與原電壓
相差約 2.3%。

3. 將燈泡連接在右側變壓器的綠色端,將可變電阻調整至電阻最大(距離最遠),觀察燈泡亮度和實驗一以及對照組的差別


三、超高電壓傳輸
1. 再將電源供應器連接左側變壓器(昇壓)的黃色和黑色電線,利用三用電表測量輸出電壓為
116.2V

2.將兩個變壓器的鱷魚夾接上可變電阻,再利用三用電表測量另一端變壓器(降壓)綠色和黑
色兩端的電壓,確認降壓後的電壓是否和原電壓相同,本次實驗降壓後為 11.5V,,
與原電壓相差約 12.9%。

2. 將燈泡連接右側變壓器的綠色和黑色電線,將可變電阻調整至電阻最大,觀察燈泡亮度和
實驗一對照組、實驗二的差別


3. 調整可變電阻,當電阻變小時,燈泡亮度幾乎沒有變化

※實驗一
利用 12V 做遠距離傳輸時(將可變電阻調高),可以觀察到燈泡在可變電阻約 1/3 圈左右
就已不亮,因為電能在低電壓的傳輸過程中,所傳輸的電流較大,因此大部分的電能都已經
消耗在傳輸的過程中,被電線內的電阻轉換為熱能,因此到電路末端時幾乎已經沒有電能,
燈泡也就無法點亮。
※實驗二
將 12V 的電壓提高到 63V,同樣在電阻最大(傳輸距離最遠)的情況下,燈泡亮了!也就是
說在傳輸的過程中並沒有消耗過多的電能,因此在末端仍有能量可使燈泡發亮。
調整可變電阻時(改變傳輸距離),雖然不至於使燈泡熄滅,但也可以稍微觀察到亮度的變
化,也就是說當傳輸距離加大時,高電壓仍然無法傳輸太長的距離。
※實驗三
再將電壓提高到 116V,同樣在電阻最大(傳輸距離最遠)的情況下,燈泡比實驗二(63V)更
亮,也就是在傳輸的過程中消耗更少的能量。且調整可變電阻觀察燈泡亮的變化,實驗三的
改變也比實驗二更不明顯(幾乎沒有變化),也就是說在超高電壓的情況下,可以加大傳輸距
離,也不會浪費過多電能。

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