Jak można mieć wysokie napięcie i niski prąd? Wydaje się, że jest to sprzeczne z zależnością między prądem a napięciem w E = IR

Przeczytałem różne fora i obejrzałem kilka YouTubów (oprócz moich podręczników) i wyjaśnienia wydają się nieskuteczne. Problemem wydaje się być to, w jaki sposób po raz pierwszy uczymy się o bezpośredniej zależności między napięciem a prądem (to znaczy wzrost napięcia powoduje wzrost prądu, jeśli rezystancja pozostaje taka sama), a następnie uczymy się o liniach energetycznych o wysokim napięciu i niski prąd (ponieważ w innym przypadku potrzebowalibyśmy grubych drutów, które przewodzą wysoki prąd [co prowadziłoby do ryzyka przegrzania z powodu efektu dżuli lub czegoś takiego lub innego ...). Więc proszę nie wyjaśniaj mi powodów infrastrukturalnych, dlaczego wysokie napięcie, niski prąd jest konieczny dla linii energetycznych. Muszę tylko wiedzieć, jak wysokie napięcie, niski prąd jest w ogóle możliwe. Do tej pory studiowałem DC, więc może AC ma zasady, które by mnie oświeciły ...

Mylisz „wysokie napięcie” z „wysoką stratą napięcia”. Prawo Ohma reguluje utratę napięcia na rezystancji dla danego prądu przepływającego przez nią. Ponieważ prąd jest niski, strata napięcia jest odpowiednio niska.

Jesteś zdezorientowany co do obciążenia odbiornika i rezystancji kabli.

Chodzi o to, że moc jest iloczynem napięcia i prądu. Aby przesłać tę samą moc do odbiornika, możesz zwiększyć napięcie i zmniejszyć prąd.

Jeśli światło w twoim domu potrzebuje 100 W, powiedzmy 10 A przy 10 V, można to przenieść bezpośrednio z elektrowni.

Powiedzmy, że kabel między twoim domem a instalacją ma 10 omów. W przypadku zatopienia 10 A z instalacji, instalacja musi zapewnić napięcie 110 V: Przy 10 A na kablu występuje spadek napięcia o wartości 100 V plus potrzebne 10 V. Oznacza to, że zużywasz 100 W, a kabel marnuje 1000 W.

Powiedzmy, że twój dom otrzymuje napięcie 1000 V.

Oczywiście potrzebujesz transformatora, aby przekształcić dostarczane napięcie na napięcie wymagane przez światło!

Prąd pobierany z elektrowni wynosi teraz tylko 0,1 A.

Spadek napięcia na kablu wynosi teraz zaledwie 1 V, co oznacza utratę 0,1 W, aby zasilić światło o mocy 100 W. To jest dużo lepsze.

Chodzi o zastosowanie transformatora, który pozwala na konwersję napięć i prądów przy zachowaniu mocy:

Jedno słowo: opór . Przypomnij sobie, że napięcie jest obliczane poprzez pomnożenie prądu przez rezystancję. Możesz mieć dużą różnicę potencjałów (którym jest napięcie) i niski prąd , po prostu mając wysoką rezystancję w miejscu, aby zablokować ten prąd.

Pomyśl o tym jak o wężu wodnym włączonym przy pełnym podmuchu, z pistoletem na wąż przymocowanym do końca. Pistolet do węża działa jak zmienny rezystor kontrolowany przez użytkownika, więc nawet jeśli w wężu jest wysoka energia potencjalna (woda, która chce przepłynąć), opór jest tak wielki, że woda przepływa prawie wcale. Gdy użytkownik naciska spust, opór maleje, aż woda przepływa coraz bardziej.

System dystrybucji energii wykorzystuje transformatory do zwiększania lub zmniejszania napięcia.

Transformatory obsługują moc (czasy napięcia prądu). Moc dostarczana do transformatora będzie równa mocy pobieranej z transformatora (pomijając małe straty), dzięki czemu możemy obliczyć napięcie i prąd z każdej strony transformatora za pomocą wzoru

Vin x Iin = Vout x Iout

Korzystając z tego wzoru, możesz zobaczyć, że jeśli napięcie wejściowe jest 10 razy większe niż napięcie wyjściowe, prąd wejściowy musi wynosić 1/10 prądu wyjściowego.

Twoje zamieszanie wynika z faktu, że zapominasz o oporności odbiornika. Zasadniczo wygląda to tak:

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

Napięcie w przewodzie (lub elektrowni) jest wysokie, a rezystancja przewodów jest niska, więc uważasz, że prąd powinien być wysoki. Racja, ale teraz weź pod uwagę, że odbiornik ma bardzo wysoką rezystancję. To sprawia, że ​​prąd w tym obwodzie jest niski.

Więc masz wysokie napięcie i niski prąd z powodu wysokiej rezystancji odbiornika między drutami. Jest to całkowicie zgodne z prawem Ohma: a R jest bardzo duży, więc jestem mały.$I=U/R$

W tym uproszczonym scenariuszu, jeśli zwiększymy napięcie elektrowni, musimy również zwiększyć oporność odbiornika, jeśli chcemy utrzymać stałą moc odbiornika.

W rzeczywistości odbiorniki biegną za transformatorami, które przekształcają wysokie napięcie na niskie (stałe np. 230 V w Europie). Tak więc w powyższym scenariuszu, kiedy zwiększamy napięcie w elektrowni, wystarczy zmienić transformatory (ich rezystancję) - nie trzeba zmieniać rezystancji odbiornika. Wszystko to jest przejrzyste dla użytkownika końcowego.

To wyjaśnia, jak możliwe jest wysokie napięcie i niski prąd. I dlaczego jest lepiej?

Pamiętają wzór na mocy w odniesieniu do wytrzymałości i prąd - to . Jeśli masz drut, który ma pewną stałą rezystancję R, a następnie obniżysz prąd 2 razy (zwiększając napięcie 2 razy), moc tracona w tym przewodzie zmniejsza się 4 razy. Dlatego dobrze jest mieć wysokie napięcie.$P=I^2*R$

Nazywamy je „liniami energetycznymi” z jakiegoś powodu… to, co transmitujemy, to MOC. A ponieważ , możemy przekazać tę samą moc przy woltów przy użyciu prądu ampera lub przy woltów i amperach. (( ) jest równoważne z ( ) ).10 , 000 0.1 100 10 10 , 000 V x 0,1 A = 1000  watów 100  V x 10  A = 1000 $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}$

Tak więc elektrownia może przenosić tę samą moc ( w tym przykładzie) przy użyciu woltów i zaledwie jednej dziesiątej ampera, czyli woltów przy amperach. Co zatem motywuje ich decyzję? Pieniądze. Wspomniany stosunek określa spadek napięcia na kablach, które przenoszą moc. Oczywiście kable te zostały zaprojektowane z możliwie najniższą rezystancją, ale tej rezystancji nie można wyeliminować. Przypomnij sobie, że , więc spadek napięcia powoduje spadek mocy. Każda utrata mocy wzdłuż linii przesyłowych jest marnotrawstwem, a firma energetyczna traci pieniądze.10 , 000 100 10 V = I R P = V $1000$$10,000$$100$$10$$V=IR$$P=VI$

Zauważ też, że łącząc te dwa równania, możemy zapisać równanie mocy jako . To pokazuje, że utrata mocy jest proporcjonalna do SQUARE prądu dla ustawionej rezystancji. Jeśli więc firma energetyczna może zmniejszyć prąd poprzez podniesienie napięcia, korzyść z tego zmniejszenia jest podniesiona do kwadratu. W tym przykładzie upuszczenie prądu o współczynnik (od A do A) zmniejsza stratę mocy o współczynnik .100 10 0,1 10 , $P=I^2R$$100$$10$$0.1$$10,000$

Można na to spojrzeć pytając, co znajduje się na drugim końcu linii energetycznej: klient. Klient nie kupuje prądu ani napięcia, ale kupuje energię (waty). Tak więc, jeśli dostawca energii dostarcza określoną ilość energii, może użyć cieńszych drutów, podwyższając napięcie i obniżając prąd dla danej ilości mocy.

Mówicie: „to znaczy wzrost napięcia powoduje wzrost prądu, jeśli rezystancja pozostaje taka sama”. To prawda, z tym wyjątkiem, że obwody o wyższym napięciu używają wyższych rezystancji obciążenia dla danej mocy.

np. 120 W, żarówka 120 V pobierałaby 1 A. (I = P / V = ​​120/120 = 1). Jej rezystancja (gdy jest gorąca) wynosiłaby 120 Ω. (R = V / I = 120/1 = 120).

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

Żarówka 120 W, 12 V pobierałaby 10 A (I = P / V = ​​120/12 = 10). Jego rezystancja (gdy jest gorąca) wynosiłaby 1,2 Ω (R = V / I = 12/10 = 1,2). Należy pamiętać, że obniżenie napięcia o współczynnik 10 wymaga zwiększenia prądu o współczynnik 10, aby uzyskać tę samą moc. Zauważ też, że opór zmniejszył się o 10² = 100!

Jak powiedział ci jelito, jeśli zwiększysz napięcie bez zwiększania rezystancji, prąd wzrośnie.

Jeśli P = IV oznaczałoby to, że jeśli V wzrośnie, będę musiał się zmniejszyć. Na przykład: jeśli P = 12 i V = 3, to musiałbym mieć 4. Ale jeśli zwiększysz V - zejdziesz I na przykład: jeśli V stałoby się 8, stałbym się 1,5. Niski prąd jest konieczny, ponieważ traci się mniej energii. Wyobraź sobie, że elektrony w kablu są kupującymi, a energia, którą niosą, to pieniądze. Teraz wyobraź sobie, że z budynku wybiega linia 100 kupujących, każdy z nich nosi 15 USD, ale wszyscy muszą przejść przez alejkę (alejka jest liną) i za każdym razem, gdy wpadają na siebie, tracą 1 USD (energia utracona jako energia cieplna). Teraz wyobraź sobie, jak by to było, gdyby było tylko 10 osób niosących 150 USD i o ile mniej by stracili.

W bezpośredniej odpowiedzi na oryginalny post wydaje mi się, że wszyscy nadmiernie skomplikowaliście, jaka jest naprawdę odpowiedź na jego pytanie. Chociaż podane informacje są świetne, pytanie wydaje się bez odpowiedzi. E = IR Twoje zrozumienie, że wzrost napięcia powinien skutkować wzrostem prądu jest prawidłowe - wymień baterię 3 V w prostym obwodzie na 9 V i również podskoczyłeś 3 razy prąd.

Wysokie napięcie / niski prąd i vice versa to TRANSFORMACJA tego, co już JUŻ tam jest - nie zamieniasz baterii (ani żadnego źródła napięcia) na inne. Transformator działa zgodnie z prawem Watta: moc jest stała (rezystancja jest stała w prawie omowym), a moc to prąd x napięcie lub „P = EI”

Zmiana napięcia jest odwrotną zmianą prądu i vice versa, gdzie energia jest oszczędzana.

Wydaje mi się, że masz problemy z konceptualizacją , które omówię w mojej odpowiedzi.

To prawda, że ​​(1) E = IR jest uniwersalną formułą. Musisz jednak zrozumieć, że można to również wyrazić jako (2) R = E / I i (3) I = E / R.

Korzystając z formularza (2), pokażę twoje obecne zrozumienie formuły. Jeśli zwiększysz napięcie 10 razy (10E), aby utrzymać ten sam opór (niezmieniony), prąd również będzie musiał wzrosnąć 10 razy R = E / I = 10E / 10I. Jednak mogę również zwiększyć napięcie i utrzymać ten sam prąd, zwiększając rezystancję 10 razy I = E / R = 10E / 10R. Tak więc w formularzu (3) jestem w stanie pokazać, że możliwe jest zwiększenie napięcia (10E) bez konieczności zwiększania prądu (utrzymywanie prądu na „niskim” (I)) .

Wygląda na to, że jak dotąd istnieją trzy ogólne odpowiedzi na to pytanie. Podsumowując:

1. Transformatory to magia. Po wprowadzeniu transformatorów V = IR nie ma już zastosowania, więc dobrze jest mieć wysokie napięcie i niski prąd, ponieważ system nie jest już Ohmiczny. System jednak przestrzega równania transformatora,

2. Układ elektrownia - linia energetyczna - odbiornik może być modelowany zasadniczo jako pojedynczy obwód rezystorowy (gdzie elektrownia = akumulator, linie energetyczne = przewody, a odbiornik = pojedynczy rezystor). Tak więc liczy się rezystancja odbiornika, a ponieważ rezystancja ta jest na ogół wysoka, cały system jest zgodny z prawem Ohma: wysokie napięcie i wysoka rezystancja dają niski prąd

3. $\bigtriangleup V = I R$$\bigtriangleup V = 2V$na całej długości linii energetycznej. Linia energetyczna ma dość niską rezystywność, więc całkowity opór jest niski, a zatem mały spadek napięcia i niski opór dają niski prąd, zgodnie z prawem Ohma. W ten sposób całkowicie dobrze jest mieć wysokie wartości napięcia i niski prąd w liniach energetycznych.

Z tych trzech wyjaśnień jestem skłonny uwierzyć w trzecie. Pierwszy to powtórzenie równania i nie daje nam żadnych dodatkowych informacji na temat fizycznego mechanizmu ani logiki sytuacji. Drugi jest możliwy, ale wydaje się, że byłoby to nadmiernie skomplikowane przez fakt, że w rzeczywistości istnieje wiele odbiorników zasilanych z linii elektroenergetycznych, dlatego należy go modelować jako znacznie bardziej złożony obwód. Trzeci pozwala nam zachować nienaruszone prawo Ohma, jednocześnie wyrównując je z innymi istotnymi równaniami.

To powiedziawszy, jest to uproszczony model ignorowania bardziej skomplikowanych efektów z powodu prądu zmiennego zamiast prądu stałego.

Możesz również mieć wysokie napięcie i prąd 0, jeśli po prostu odłączysz obwód.