Як можна мати високу напругу і низький струм? Здається, це суперечить взаємозв'язку між струмом і напругою в Е = ІЧ

Я читав різні форуми і переглядав декілька ютуб (крім моїх читань із підручника), і пояснення здаються недовгими. Здається, проблема полягає в тому, як нас вперше навчають про прямий зв’язок між напругою і струмом (тобто збільшення напруги призводить до збільшення струму, якщо опір залишається колишнім), а потім нас навчають про лінії електропередач, які мають високу напругу і низький струм (тому що іншим розумним нам знадобляться товсті дроти, що проводять високий струм [що може ризикувати перегріванням через ефект джоуля чи то чи іншого ..). Тому, будь ласка, не поясніть мені інфраструктурні причини, чому для ліній електропередач необхідні високі напруги, низький струм. Мені просто потрібно знати, наскільки можлива висока напруга, низький струм. Я поки що вивчав DC, тому, можливо, в АС є правила, які б мене просвітили ...

Ви плутаєте "високу напругу" з "втратою високої напруги". Закон Ома регулює втрату напруги через опір для заданого струму, що проходить через нього. Оскільки струм низький, втрати напруги відповідно низькі.

Вас плутає споживче навантаження та опір кабелів.

Справа в тому, що потужність є продуктом напруги і струму. Щоб передавати однакову потужність на споживче навантаження, можна збільшити напругу і зменшити струм.

Якщо світло у вашому будинку потребує 100 Вт, скажімо, 10 А на 10 В, це можна передати безпосередньо від електростанції.

Скажімо, кабель між вашим будинком та заводом має 10 Ом. Якщо ви потопите 10А з установки, установка повинна забезпечити 110В: При 10А на кабелі відбувається падіння напруги на 100В плюс 10В, яке потрібно. Це означає, що ви споживаєте 100 Вт, а кабель витрачає 1000 Вт.

Скажімо, ваш будинок отримує 1000В.

Звичайно, вам потрібен трансформатор для перетворення поданої напруги на напругу, необхідну світлу!

Струм, споживаний від заводу, зараз становить лише 0,1А.

Падіння напруги на кабелі зараз становить лише 1 В, що означає втрату 0,1 Вт для живлення світла 100 Вт. Це набагато краще.

Сенс полягає у використанні трансформатора, який дозволяє перетворювати напруги та струми при збереженні потужності:

Одне слово: Опір . Нагадаємо, що напруга обчислюється шляхом множення струму на опір. Ви можете мати високу різницю потенціалів (що таке напруга) та низький струм , просто маючи на місці високий опір для блокування цього струму.

Подумайте про це, як шланг для води, що ввімкнувся повним вибухом, із шланговим пістолетом, прикріпленим до кінця. Шланговий пістолет діє як різний резистор, керований користувачем, тому, хоча в шлангу є велика потенціальна енергія (вода, яка хоче текти), опір настільки великий, що мало-мало води тече. Коли користувач натискає на спусковий гачок, опір знижується, поки вода не тече все більше.

Система розподілу електроенергії використовує трансформатори для посилення напруги вгору або вниз.

Трансформатори обробляють потужність (напруга разів струм). Потужність, що подається в трансформатор, буде дорівнює потужності, взятої від трансформатора (знехтуючи невеликими втратами), тому ми можемо обчислити напругу і струм з кожної сторони трансформатора за формулою

Vin x Iin = Vout x Iout

Використовуючи цю формулу, ви можете бачити, що якщо напруга на вході в 10 разів перевищує вихідну напругу, то вхідний струм повинен становити 1/10 вихідного струму.

Ваша плутанина випливає з того, що ви забуваєте про опір приймача. В основному це виглядає приблизно так:

power plant -> wire -> receiver -> return wire -> power plant

Напруга в проводі (або електростанції) високе, а опір проводів низький, тому ви вважаєте, що струм повинен бути високим. Правильно, але тепер врахуйте, що приймач має дуже високий опір. Саме це робить струм у цій схемі низьким.

Таким чином, у вас висока напруга і низький струм через високий опір приймача між проводами. Це повністю відповідає закону Ома: і R дуже великий, тому я малий.$I=U/R$

У цьому спрощеному сценарії, якщо ми збільшуємо напругу електростанції, ми повинні також підвищувати опір приймача, якщо ми хочемо підтримувати постійну потужність приймача.

Насправді приймачі працюють за трансформаторами, які перетворюють високу напругу на низьку (постійну, наприклад, 230 В у Європі). Отже, у наведеному вище сценарії, коли ми збільшуємо напругу в електростанції, тоді нам просто потрібно змінити трансформатори (їх опір) - не потрібно змінювати опір приймача. Все це прозоро для кінцевого споживача.

Це пояснює, як можна мати високу напругу і низький струм. І чому це краще?

Пам'ятайте формулу потужності по відношенню до опору і струму - це . Якщо у вас дріт, який має деякий постійний опір R, а потім знижуєте струм в 2 рази (збільшуючи напругу в 2 рази), втрачена в цьому проводі потужність зменшується в 4 рази. Ось чому добре мати високу напругу.$P=I^2*R$

Ну, ми називаємо їх "лінії електропередач" з причини ... те, що ми передаємо, - СИЛА. А оскільки , ми можемо передавати однакову потужність на вольт, використовуючи струм ампер, або на вольт і ампер. (( ) еквівалентно ( ) ).$P=VI$$10,000$$0.1$$100$$10$$10,000 \text{V} \times 0.1 \text{A} = 1000\text{ Watts}$$100\text{ V} \times 10\text{ A} = 1000\text{ Watts}$

Тож електростанція може передавати таку ж кількість енергії ( Вт у цьому прикладі), використовуючи Вольт і лише десяту частину Амп, або Вольт на Ам. Що мотивує їх рішення тоді? Гроші. - зв'язок ви згадували визначає падіння напруги на кабелях , що потужність передачі. Звичайно, ці кабелі розроблені з максимально низьким опором, але цей опір усунути неможливо. Нагадаємо, що , тому падіння напруги призводить до падіння потужності. Будь-які втрати електроенергії по лінії електропередачі - це відходи, а енергокомпанія втрачає гроші.10 , 000 100 10 В = I R P = V $1000$$10,000$$100$$10$$V=IR$$P=VI$

Також зауважимо, що, комбінуючи ці два рівняння, ми можемо записати рівняння потужності як . Це ілюструє, що втрати потужності пропорційні SQUARE струму для заданого опору. Отже, якщо енергокомпанія може зменшити струм, підвищивши напругу, користь від цього зменшення буде квадратом. У цьому прикладі падіння струму на коефіцієнт (від Ам до А) зменшує втрату потужності в .100 10 0,1 10 , $P=I^2R$$100$$10$$0.1$$10,000$

Один із способів подивитися на це - запитати, що знаходиться на іншому кінці лінії електропередач: клієнт. Клієнт не купує струм або напругу, він купує енергію (Вт). Отже, якщо постачальник електроенергії подає задану кількість енергії, вони можуть використовувати тонші дроти, підвищуючи напругу і знижуючи струм на задану кількість енергії.

Ви кажете, "тобто збільшення напруги призводить до збільшення струму, якщо опір залишається колишнім". Це правильно, за винятком того, що схеми більш високої напруги використовують більш високі опори навантаження для даної потужності.

наприклад, 120 Вт, 120 В лампочка отримає 1 А. (I = P / V = ​​120/120 = 1.) Опір (коли гаряче) буде 120 Ом. (R = V / I = 120/1 = 120.)

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Лампочка потужністю 120 Вт, 12 В витягуватиме 10 А (I = P / V = ​​120/12 = 10). Його опір (коли гаряче) буде 1,2Ω (R = V / I = 12/10 = 1,2). Зауважте, що для падіння напруги в 10 разів потрібно, щоб струм збільшувався в 10 разів, щоб дати ту саму потужність. Також зауважте, що опір зменшився на 10² = 100!

Як вам сказала кишка, якщо збільшувати напругу без збільшення опору струм збільшуватиметься.

Якщо P = IV, це означає, що якщо V збільшується, мені доведеться зменшуватися. Наприклад: якщо P = 12 a V = 3, тоді я мав би бути 4. Але якщо ти посилиш V - ти скажеш, наприклад, якщо V став 8, то я став би 1,5. Низький струм необхідний, оскільки втрачається менше енергії. Уявіть, що електрони всередині кабелю були покупцями, а енергія, яку вони несли, - це гроші. А тепер уявіть, що з 100 покупців, що вибігають із будівлі, кожен несе 15 доларів, але всі повинні пройти через алею (алея є кабелем), і кожен раз, коли вони натикаються один на одного, вони втрачають 1 долар (енергія, втрачена як теплова енергія). А тепер уявіть, як було б, якби лише 10 людей, які перевозили 150 доларів, і скільки менше вони втратили б.

У прямій відповіді на оригінальний пост мені здається, що ви всі надмірно ускладнили те, що насправді відповідає на його запитання. Хоча надана вами інформація чудово включає, питання видається без відповіді. E = IR Ваше розуміння того, що збільшення напруги повинно призвести до збільшення струму, є правильним - поміняйте батарею 3В простою схемою на 9В, і ви також стрибнули 3х струму.

Висока напруга / низький струм і навпаки - ПЕРЕВІНКА того, що там ВЖЕ - там ви не замінюєте акумулятор (або будь-яке джерело напруги) іншим. Трансформатор працює через закон ватт: потужність постійна (опір постійний в законі Ома), а потужність - струм x напруга, або "P = EI"

Зміна напруги - це зворотна зміна струму, і навпаки, де зберігається потужність.

Мені здається, у вас виникають проблеми з концептуалізацією , про які я торкнуся у своїй відповіді.

Це правда, що (1) E = IR - це універсальна формула. Однак ви повинні розуміти, що він також може бути виражений як (2) R = E / I, і (3) I = E / R.

Використовуючи форму (2), я покажу ваше поточне розуміння формули. Якщо ви зробите напругу в 10 разів більше (10E), щоб зберегти опір таким же (незмінним), струм також повинен буде зрости в 10 разів R = E / I = 10E / 10I. Однак я можу також збільшити напругу і підтримувати струм таким же, збільшивши опір в 10 разів I = E / R = 10E / 10R. Отже , за допомогою форми (3) я можу показати, що можна збільшувати напругу (10E), не збільшуючи струм (підтримувати струм "низьким" (I)) .

Здається, є три загальні відповіді на це запитання. Узагальнити:

1. Трансформери - це магія. Після введення трансформаторів V = IR більше не застосовується, тому добре мати високу напругу та низький струм, оскільки система вже не є омічною. Однак система виконує рівняння трансформатора,

2. Система електростанція - лінія електропередачі - приймач можна моделювати по суті як єдиний резисторний ланцюг (де електростанція = акумулятор, лінії електропередач = дроти, а приймач = одиничний резистор). Таким чином, значення має опір приймача, і тому що опір має високий рівень, вся система підкоряється закону Ома: висока напруга та високий опір приносять низький струм

3. Тут є фундаментальне неправильне тлумачення закону Ома. Закон V Ома - це не значення напруги в системі, це падіння напруги на певному резисторі чи елементі ланцюга. Менш неохайним способом написання закону Ома може бути . Таким чином, лінії електропередач підкоряються закону Ома, і плутанина виникає через те, що ми неохайні у своїй мові. Отже, лінія високої напруги може мати напругу 110 кВ на початку (відносно землі), а 110 кВ - 2 В в кінці, що дає падіння напруги△ V = 2 $\bigtriangleup V = I R$$\bigtriangleup V = 2V$по довжині лінії електропередач. Лінія електропередач має досить низький питомий опір, тому загальний опір низький, і тому низький перепад напруги та низький опір дають низький струм, відповідно до закону Ома. Таким чином, цілком чудово мати високі значення напруги та низький струм в лініях електропередач.

З цих трьох пояснень я схильний вірити третьому. Перший - це лише перерахунок рівняння і не дає нам додаткової інформації про фізичний механізм чи логіку ситуації. Друге можливо, але здається, що це було б надто складним через той факт, що насправді багато приймачів малюють на лініях електропередач, тому його справді можна моделювати як набагато складніший ланцюг. Третя дозволяє нам зберегти закон Ома неушкодженим, одночасно відриваючи його від інших відповідних рівнянь.

Все, що говорити, це спрощена модель того, що відбувається ігнорування складніших ефектів через змінного струму замість постійного струму.

Ви також можете мати високу напругу і 0 струм, якщо просто відключити ланцюг.