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摘要：电力部门通过先升高输出电压后降低用电电压的方式，既实现了电能的有效输出，又保证了负载用电器在额定电压下工作；同时又通过降压变压器实现了对电网负载的阻抗变换，在保证负载功率稳定的前提下，减少了线路损耗，提高了电网的输电效率。在输电效率非常高时，输出电压和输出电流之间接近反比例函数关系。
关键词：升压，降压，输出电压，输出电流，输出功率，损耗功率，用电功率，阻抗变换，输电效率。
现行高中物理课本中对高压输电原理的表述一般是：在电源输出功率一定时，升高输电电压，减小输电电流，输电线上的电能损耗可以得到有效减小。对这一说法，大多数人至少有两个疑惑：（1）输电电压增大时输电电流却减小，这种现象还符合欧姆定律吗？（2）升高输电电压，意味着损耗减少，损耗减少意味着节能，节能意味着送电功率减少，这不与“电源输出功率一定”矛盾了吗？可见，要正确理解高压输电的原理并不容易。对此，我们可以进行如下思考：
思考一：设想有一交流恒压电源，其输出电压为400伏，输电线电阻为100欧，负载为额定电压200伏额定功率40瓦的10支灯泡。则由欧姆定律可推知：此时灯泡正常工作，电源输出功率为800瓦，输出电流为2安，损耗功率为400瓦，用电功率与输出功率的比值，即输电效率，为二分之一。
思考二：若电源和负载不变，而输电线路加长为原来2倍，输电线电阻变为200欧。则由欧姆定律可推知：此时灯泡亮度不足，灯泡总功率减小为178瓦，电源输出功率减小为533瓦，输出电流减小为1.33安，损耗功率减小为355瓦，输电效率减小为三分之一。
由此可见，负载用电功率和电源输出功率，以及输电效率都会由于线路的加长而减小。远距离输电的过程，首先面临的是电能难以输出的问题，而不是减小线路损耗的问题。为了解决这一问题，科学家发明了“高压输电”的方法。
思考三：在电源和负载不变的前提下，输电线路加长为原来2倍时，若用升压变压器将电源输出电压升高至600伏后再送电，则灯泡又能正常工作，但电源输出功率会提升至1200瓦，输出电流增大为2安，损耗功率为800瓦，输电效率却仍为三分之一。
由此可见，用高压输电的方法，能够提高电源输出功率和负载用电功率，使负载在输电线路变长的情况下仍能正常工作。但同时由于输出电流增大，损耗功率也提高了，输电效率却没有变化。为了解决新的问题，科学家又发明了“高压输电，低压用电”的方法。
思考四：若电源输出电压升高至600伏后，在负载前加接匝数比为2比1的降压变压器，使负载与降压变压器整体的阻抗变为负载阻抗的4倍，即400欧（降压变压器原线圈电压为灯泡电压的2倍，电流为灯泡电流的二分之一）。则灯泡仍能正常工作，但电源输出功率减为600瓦， 輸出电流减为1安，损耗功率减为200瓦，输电效率提升为三分之二。
思考五：若电源输出电压改升至900伏后，在负载前改加接匝数比为4比1的降压变压器，使负载与降压变压器整体的阻抗变为负载阻抗的16倍，即1600欧。则灯泡还能正常工作，但电源输出功率减为450瓦，输出电流减为0.5安，损耗功率减为50瓦，输电效率却提升为九分之八。
由此可见，降压变压器的降压作用，才是输出电流和损耗功率减小的原因，也是输电效率提升的原因。降压变压器既保证了负载电压的恒定，又实现了阻抗变换，提高了负载的等效阻抗在输电线电路总阻抗中所占的比例，提高了输电效率。升压升得多，降压就要降得多，而降得越多，阻抗变换越明显，输电效率就越高。关注输电效率比关注线路损耗更有意义。所以，理解输电原理，既要理解升压的作用，也要理解降压的作用。
思考六：若电源输出电压改升至1080伏后，在负载前改加接匝数比为5比1的降压变压器，使负载与降压变压器整体的阻抗变为负载阻抗的25倍，即2500欧；则灯泡还能正常工作，但电源输出功率减为432瓦，输出电流减为0.4安，输电效率却提升为二十七分之二十五。若电源输出电压改升至1650伏后，在负载前改加接匝数比为8比1的降压变压器，使负载与降压变压器整体的阻抗变为负载阻抗的64倍，即6400欧；则灯泡仍能正常工作，但电源输出功率减为412.5瓦，输出电流减为0.25安，输电效率却提升为三十三分之三十二。若电源输出电压改升至2040伏后，在负载前改加接匝数比为10比1的降压变压器，使负载与降压变压器整体的阻抗变为负载阻抗的100倍，即10000欧；则灯泡仍能正常工作，但电源输出功率减为408瓦，输出电流减为0.2安，输电效率却提升为五十一分之五十。若电源输出电压改升至4020伏后，在负载前改加接匝数比为20比1的降压变压器，使负载与降压变压器整体的阻抗变为负载阻抗的400倍，即40000欧；则灯泡仍能正常工作，但电源输出功率减为402瓦，输出电流减为0.1安，输电效率却提升为贰佰零一分之二百。
由此可以看出：无论低压输电还是高压输电，首先思考的是要保证负载用电器在额定电压下工作。在保证负载功率稳定的前提下，电源输出功率不是由送电任务决定的一个定值，而是电源输出电压和负载阻抗两个变量的函数。用电导致了电能的输出，负载的变化会导致发电机电流的变化，甚至机组数量的调整；而输出电压又影响了用电的功率，输电和用电是相互制约的。供电部门保证的是输出电压不变，而不是输出功率不变。输出电压升高后，由于要保证负载功率稳定，降压变压器使负载等效阻抗增大的幅度超过了电压升高的幅度，所以输出电流是减小的，没有违背欧姆定律。由于负载功率稳定，损耗功率随升压降压幅度的增大而减小，所以升压降压后，输出功率也是减小的，输出电压和输出电流之间不存在反比例函数关系。但是，当输电效率非常高时，输出功率和负载功率大约相等，输出电压和输出电流之间就接近这样的关系。供电部门就是这样认为的。
由此可见：高压输电，低压用电，既能保证负载用电器功率稳定，又能明显减少输电线路上的电能损耗，这才是远距离输电采用高电压的根本原因。
关键词：升压，降压，输出电压，输出电流，输出功率，损耗功率，用电功率，阻抗变换，输电效率。
现行高中物理课本中对高压输电原理的表述一般是：在电源输出功率一定时，升高输电电压，减小输电电流，输电线上的电能损耗可以得到有效减小。对这一说法，大多数人至少有两个疑惑：（1）输电电压增大时输电电流却减小，这种现象还符合欧姆定律吗？（2）升高输电电压，意味着损耗减少，损耗减少意味着节能，节能意味着送电功率减少，这不与“电源输出功率一定”矛盾了吗？可见，要正确理解高压输电的原理并不容易。对此，我们可以进行如下思考：
思考一：设想有一交流恒压电源，其输出电压为400伏，输电线电阻为100欧，负载为额定电压200伏额定功率40瓦的10支灯泡。则由欧姆定律可推知：此时灯泡正常工作，电源输出功率为800瓦，输出电流为2安，损耗功率为400瓦，用电功率与输出功率的比值，即输电效率，为二分之一。
思考二：若电源和负载不变，而输电线路加长为原来2倍，输电线电阻变为200欧。则由欧姆定律可推知：此时灯泡亮度不足，灯泡总功率减小为178瓦，电源输出功率减小为533瓦，输出电流减小为1.33安，损耗功率减小为355瓦，输电效率减小为三分之一。
由此可见，负载用电功率和电源输出功率，以及输电效率都会由于线路的加长而减小。远距离输电的过程，首先面临的是电能难以输出的问题，而不是减小线路损耗的问题。为了解决这一问题，科学家发明了“高压输电”的方法。
思考三：在电源和负载不变的前提下，输电线路加长为原来2倍时，若用升压变压器将电源输出电压升高至600伏后再送电，则灯泡又能正常工作，但电源输出功率会提升至1200瓦，输出电流增大为2安，损耗功率为800瓦，输电效率却仍为三分之一。
由此可见，用高压输电的方法，能够提高电源输出功率和负载用电功率，使负载在输电线路变长的情况下仍能正常工作。但同时由于输出电流增大，损耗功率也提高了，输电效率却没有变化。为了解决新的问题，科学家又发明了“高压输电，低压用电”的方法。
思考四：若电源输出电压升高至600伏后，在负载前加接匝数比为2比1的降压变压器，使负载与降压变压器整体的阻抗变为负载阻抗的4倍，即400欧（降压变压器原线圈电压为灯泡电压的2倍，电流为灯泡电流的二分之一）。则灯泡仍能正常工作，但电源输出功率减为600瓦， 輸出电流减为1安，损耗功率减为200瓦，输电效率提升为三分之二。
思考五：若电源输出电压改升至900伏后，在负载前改加接匝数比为4比1的降压变压器，使负载与降压变压器整体的阻抗变为负载阻抗的16倍，即1600欧。则灯泡还能正常工作，但电源输出功率减为450瓦，输出电流减为0.5安，损耗功率减为50瓦，输电效率却提升为九分之八。
由此可见，降压变压器的降压作用，才是输出电流和损耗功率减小的原因，也是输电效率提升的原因。降压变压器既保证了负载电压的恒定，又实现了阻抗变换，提高了负载的等效阻抗在输电线电路总阻抗中所占的比例，提高了输电效率。升压升得多，降压就要降得多，而降得越多，阻抗变换越明显，输电效率就越高。关注输电效率比关注线路损耗更有意义。所以，理解输电原理，既要理解升压的作用，也要理解降压的作用。
思考六：若电源输出电压改升至1080伏后，在负载前改加接匝数比为5比1的降压变压器，使负载与降压变压器整体的阻抗变为负载阻抗的25倍，即2500欧；则灯泡还能正常工作，但电源输出功率减为432瓦，输出电流减为0.4安，输电效率却提升为二十七分之二十五。若电源输出电压改升至1650伏后，在负载前改加接匝数比为8比1的降压变压器，使负载与降压变压器整体的阻抗变为负载阻抗的64倍，即6400欧；则灯泡仍能正常工作，但电源输出功率减为412.5瓦，输出电流减为0.25安，输电效率却提升为三十三分之三十二。若电源输出电压改升至2040伏后，在负载前改加接匝数比为10比1的降压变压器，使负载与降压变压器整体的阻抗变为负载阻抗的100倍，即10000欧；则灯泡仍能正常工作，但电源输出功率减为408瓦，输出电流减为0.2安，输电效率却提升为五十一分之五十。若电源输出电压改升至4020伏后，在负载前改加接匝数比为20比1的降压变压器，使负载与降压变压器整体的阻抗变为负载阻抗的400倍，即40000欧；则灯泡仍能正常工作，但电源输出功率减为402瓦，输出电流减为0.1安，输电效率却提升为贰佰零一分之二百。
由此可以看出：无论低压输电还是高压输电，首先思考的是要保证负载用电器在额定电压下工作。在保证负载功率稳定的前提下，电源输出功率不是由送电任务决定的一个定值，而是电源输出电压和负载阻抗两个变量的函数。用电导致了电能的输出，负载的变化会导致发电机电流的变化，甚至机组数量的调整；而输出电压又影响了用电的功率，输电和用电是相互制约的。供电部门保证的是输出电压不变，而不是输出功率不变。输出电压升高后，由于要保证负载功率稳定，降压变压器使负载等效阻抗增大的幅度超过了电压升高的幅度，所以输出电流是减小的，没有违背欧姆定律。由于负载功率稳定，损耗功率随升压降压幅度的增大而减小，所以升压降压后，输出功率也是减小的，输出电压和输出电流之间不存在反比例函数关系。但是，当输电效率非常高时，输出功率和负载功率大约相等，输出电压和输出电流之间就接近这样的关系。供电部门就是这样认为的。
由此可见：高压输电，低压用电，既能保证负载用电器功率稳定，又能明显减少输电线路上的电能损耗，这才是远距离输电采用高电压的根本原因。