Почему для передачи электроэнергии на расстояние применяются провода из меди или алюминия, а для телеграфных и телефонных линий оказывается возможным использовать более прочные и дешёвые стальные провода?

Для ответа на этот вопрос необходимо рассмотреть несколько физических факторов, связанных с электрической проводимостью, механическими свойствами материалов и особенностями передачи электроэнергии и сигналов.

1. Электрическая проводимость материалов.
Электрическая проводимость характеризует способность материала проводить электрический ток. У металлов она определяется количеством свободных электронов, способных перемещаться под действием электрического поля. Чем выше проводимость материала, тем меньше сопротивление, и, соответственно, меньше потери энергии при передаче электричества.

Медь и алюминий обладают высокой электрической проводимостью:
− У меди удельное сопротивление составляет 1,7·10⁻⁸ Ом·м (один из лучших показателей среди металлов, уступающий лишь серебру).
− У алюминия удельное сопротивление чуть выше — 2,8·10⁻⁸ Ом·м, но он гораздо легче меди, что делает его предпочтительным в некоторых ситуациях.

Сталь, с другой стороны, имеет значительно худшую проводимость (удельное сопротивление около 10⁻⁷ Ом·м), что делает её менее эффективной для передачи электроэнергии, так как на больших расстояниях происходят значительные потери энергии.

2. Передача электроэнергии на большие расстояния.
Когда по проводам передается электрическая энергия, сопротивление проводника вызывает нагрев, что приводит к потерям энергии. Чтобы минимизировать эти потери, необходимо использовать материалы с высокой проводимостью, такие как медь и алюминий.
− Медь обладает значительно меньшим сопротивлением, чем сталь, что делает её идеальной для использования в электрических линиях высокого напряжения.
− Алюминий используется в качестве альтернативы благодаря его лёгкости (меньше нагрузки на опоры и конструкции) и сравнительно низкой стоимости, несмотря на чуть более высокое сопротивление.

3. Телеграфные и телефонные линии.
В случае телеграфных и телефонных линий передаются не электрическая энергия, а сигналы. Эти сигналы представляют собой электромагнитные волны, которые распространяются по проводам.
− Для передачи сигналов не требуется высокая проводимость, поскольку интенсивность сигнала в общем случае мала, а потери энергии не столь критичны.
− Важным фактором становится механическая прочность проводов. Телефонные и телеграфные линии часто прокладываются на значительные расстояния, где важно, чтобы провод выдерживал нагрузки от ветра, снега, льда и других внешних воздействий.

Сталь обладает высокой прочностью, её использование позволяет создать долговечные и устойчивые конструкции. Кроме того, сталь дешевле меди и алюминия, что делает её экономически выгодным выбором для телеграфных и телефонных линий.

4. Экономические и практические аспекты.
Для передачи электроэнергии необходимо минимизировать потери, поскольку от этого зависит эффективность работы энергосистемы. Поэтому использование меди или алюминия оправдано, несмотря на их более высокую стоимость.
Телефонные и телеграфные линии передают информацию с гораздо меньшей мощностью, где потери энергии некритичны, поэтому применение стали экономически выгодно. Кроме того, сталь менее подвержена растяжению и деформации, что делает её надёжной для использования в линиях связи.

5. Заключение.
Таким образом, выбор материала для проводов зависит от цели их использования. Медь и алюминий применяются для передачи электроэнергии, потому что они обеспечивают минимальные потери и высокую эффективность. Сталь используется для телеграфных и телефонных линий ввиду её прочности, долговечности и низкой стоимости, несмотря на низкую проводимость.