Как можно иметь высокое напряжение и низкий ток? Кажется, это противоречит соотношению между током и напряжением в E = IR

Я читал разные форумы и смотрел несколько YouTube (в дополнение к чтению моих учебников), и объяснения, похоже, не оправдались. Похоже, проблема заключается в том, как нас впервые учат о прямой зависимости между напряжением и током (то есть увеличение напряжения приводит к увеличению тока, если сопротивление остается неизменным), а затем нас учат о линиях электропередач, которые имеют высокое напряжение. и низкий ток (потому что в противном случае нам потребуются толстые провода, которые несут большой ток [что может привести к перегреву из-за эффекта джоуля или чего-то другого). Поэтому, пожалуйста, не объясните мне инфраструктурные причины, по которым высокое напряжение и низкий ток необходимы для линий электропередач. Мне просто нужно знать, насколько возможно высокое напряжение, низкий ток. Я до сих пор изучаю DC, поэтому, возможно, у AC есть правила, которые бы меня просветили ...

Вы путаете «высокое напряжение» с «потерей высокого напряжения». Закон Ома определяет потерю напряжения на сопротивлении для данного тока, проходящего через него. Поскольку ток низкий, потеря напряжения соответственно низкая.

Вас смущает нагрузка потребителя и сопротивление кабелей.

Дело в том, что мощность - это произведение напряжения и тока. Чтобы передать ту же мощность потребителю, вы можете увеличить напряжение и уменьшить ток.

Если для освещения вашего дома требуется 100 Вт, например, 10 А при 10 В, его можно передать напрямую от электростанции.

Допустим, кабель между вашим домом и заводом имеет 10 Ом. Если вы отводите 10 А от установки, установка должна обеспечивать 110 В: при 10 А на кабеле происходит падение напряжения 100 В плюс 10 В, которые вам необходимы. Это означает, что вы потребляете 100 Вт, а кабель - 1000 Вт.

Теперь предположим, что ваш дом получает 1000В.

Конечно, вам нужен трансформатор для преобразования подаваемого напряжения в напряжение, необходимое для освещения!

Ток, потребляемый от завода, теперь составляет всего 0,1А.

Падение напряжения на кабеле теперь составляет всего 1 В, что означает потерю 0,1 Вт для питания вашего светильника мощностью 100 Вт. Это намного лучше.

Дело в использовании трансформатора, который позволяет преобразовывать напряжения и токи при сохранении мощности:

Одним словом: сопротивление . Напомним, что напряжение рассчитывается путем умножения тока на сопротивление. Вы можете иметь высокую разность потенциалов (то есть, какое напряжение) и низкий ток , просто имея высокое сопротивление, чтобы заблокировать этот ток.

Думайте об этом как о водном шланге, включенном на полную мощность, с пистолетом шланга, прикрепленным к концу. Пистолет для шланга действует как переменный резистор, управляемый пользователем, поэтому, несмотря на то, что в шланге есть высокая потенциальная энергия (вода, которая хочет течь), сопротивление настолько велико, что вода течет практически или совсем не будет. Когда пользователь нажимает на спусковой крючок, сопротивление снижается, пока вода не начнет течь все больше и больше.

Система распределения электроэнергии использует трансформаторы для повышения или понижения напряжения.

Трансформаторы управляют мощностью (напряжение тока, ток). Мощность, подаваемая на трансформатор, будет равна мощности, взятой от трансформатора (без учета небольших потерь), поэтому мы можем рассчитать напряжение и ток на каждой стороне трансформатора, используя формулу

Vin x Iin = Vout x Iout

Используя эту формулу, вы можете видеть, что если входное напряжение в 10 раз превышает выходное напряжение, входной ток должен составлять 1/10 от выходного тока.

Ваше замешательство происходит из-за того, что вы забыли о сопротивлении приемника. В основном это выглядит так:

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

Напряжение в проводе (или силовой установке) высокое, а сопротивление проводов низкое, поэтому вы считаете, что ток должен быть высоким. Правильно, но теперь учтите, что приемник имеет очень высокое сопротивление. Это то, что делает ток в этой цепи низким.

$I=U/R$

В этом упрощенном сценарии, если мы увеличиваем напряжение электростанции, мы также должны увеличивать сопротивление приемника, если мы хотим поддерживать постоянную мощность приемника.

В действительности приемники работают за трансформаторами, которые преобразуют высокое напряжение в низкое (постоянное, например, 230 В в Европе). Таким образом, в приведенном выше сценарии, когда мы увеличиваем напряжение на силовой установке, нам просто нужно изменить трансформаторы (их сопротивление) - не нужно менять сопротивление приемника. Все это прозрачно для конечного пользователя.

Это объясняет, как возможно иметь высокое напряжение и низкий ток. И почему это лучше?

$P=I^2*R$

$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}$

$1000$$10,000$$100$$10$$V=IR$$P=VI$

$P=I^2R$$100$$10$$0.1$$10,000$

Один из способов взглянуть на это - спросить, что находится на другом конце линии электропередачи: клиент. Клиент не покупает ток или напряжение, он / она покупает энергию (ватт). Таким образом, если поставщик электроэнергии поставляет определенное количество энергии, он может использовать более тонкие провода, повышая напряжение и уменьшая ток для данного количества энергии.

Вы говорите: «То есть увеличение напряжения приводит к увеличению тока, если сопротивление остается прежним». Это верно, за исключением того, что цепи высокого напряжения используют более высокие сопротивления нагрузки для данной мощности.

например, 120 Вт, лампа 120 В потребляет 1 А. (I = P / V = ​​120/120 = 1). Его сопротивление (когда оно горячее) составляет 120 Ом. (R = V / I = 120/1 = 120)

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Лампа 120 Вт, 12 В будет потреблять 10 А (I = P / V = ​​120/12 = 10). Его сопротивление (когда оно горячее) будет 1,2 Ом (R = V / I = 12/10 = 1,2). Обратите внимание, что падение напряжения в 10 раз требует, чтобы ток увеличился в 10 раз, чтобы дать ту же мощность. Также обратите внимание, что сопротивление уменьшилось на 10² = 100!

Как сказал вам ваш кишечник, если вы увеличиваете напряжение без увеличения сопротивления, ток будет увеличиваться.

Если P = IV, это будет означать, что если V увеличится, мне придется уменьшиться. Например: если P = 12, а V = 3, то мне должно быть 4. Но если вы повысите V - вы уйдете, например, на I: если V стало 8, то я бы стал 1,5. Слабый ток необходим, потому что меньше энергии теряется. Представьте, что электроны внутри кабеля были покупателями, а энергия, которую они несли, была деньгами. Теперь представьте, что из здания, выбегающего из здания по 100 человек, каждый несет по 15 долларов, но все они должны пройти через переулок (переулок является кабелем), и каждый раз, когда они сталкиваются друг с другом, они теряют 1 доллар (энергия теряется в виде тепловой энергии). А теперь представьте, что было бы, если бы всего 10 человек несли по 150 долларов и сколько меньше они потеряли бы.

В прямом ответе на оригинальный пост мне кажется, что все вы слишком усложнили ответ на его вопрос. Хотя предоставленная вами информация очень полезна, вопрос, похоже, остается без ответа. E = IR Ваше понимание того, что увеличение напряжения должно приводить к увеличению тока, является правильным - замените батарею 3 В в простой цепи на 9 В, и вы также перепрыгнули 3-кратный ток.

Высокое напряжение / низкий ток и наоборот - это ТРАНСФОРМАЦИЯ того, что УЖЕ там - вы не меняете батарею (или любой источник напряжения) на другую. Трансформатор работает по закону Ватта: мощность постоянна (сопротивление постоянно по закону Ома), а мощность - ток х напряжение или «P = EI»

Изменение напряжения - это обратное изменение тока, и наоборот, когда мощность сохраняется.

Мне кажется, что у вас проблемы с концептуализацией , о которых я расскажу в своем ответе.

Это правда, что (1) E = IR является универсальной формулой. Однако вы должны понимать, что это также можно выразить как (2) R = E / I и (3) I = E / R.

Используя форму (2), я покажу ваше текущее понимание формулы. Если вы увеличите напряжение в 10 раз (10E), чтобы сохранить постоянное сопротивление (неизменным), ток также должен будет увеличиться в 10 раз R = E / I = 10E / 10I. Тем не менее, я также могу увеличить напряжение и поддерживать то же самое, увеличив сопротивление в 10 раз: I = E / R = 10E / 10R. Итак , с помощью формы (3) я могу показать, что можно увеличить напряжение (10E) без необходимости увеличивать ток (поддерживать ток «низким» (I)) .

Похоже, что на этот вопрос есть три общих ответа. Подвести итоги:

1. Трансформеры волшебны. После того, как вы представите трансформаторы, V = IR больше не применяется, поэтому хорошо иметь высокое напряжение и низкий ток, потому что система больше не является омической. Система, однако, подчиняется уравнению трансформатора,

2. Система электростанция - линия электропередачи - приемник может быть смоделирована по существу как единая схема резистора (где электростанция = батарея, линии электропередачи = провода и приемник = одиночный резистор). Таким образом, имеет значение сопротивление приемника, и поскольку это сопротивление имеет тенденцию быть высоким, вся система подчиняется закону Ома: высокое напряжение и высокое сопротивление дают низкий ток

3. $\bigtriangleup V = I R$$\bigtriangleup V = 2V$по всей длине линии электропередач. Линия электропередачи имеет довольно низкое удельное сопротивление, поэтому полное сопротивление низкое, и поэтому низкое падение напряжения и низкое сопротивление дают низкий ток в соответствии с законом Ома. Таким образом, вполне нормально иметь высокое напряжение и низкий ток в линиях электропередач.

Из этих трех объяснений я склонен верить третьему. Первый - это просто переформулировка уравнения, и он не дает нам никакой дополнительной информации о физическом механизме или логике ситуации. Второй вариант возможен, но, похоже, он будет чрезмерно сложным из-за того, что на линии электропередачи подключено много приемников, поэтому его следует смоделировать как гораздо более сложную схему. Третий позволяет нам сохранить закон Ома без изменений, в то же время возводя его в квадрат с другими соответствующими уравнениями.

Все это, как говорится, это упрощенная модель того, что происходит, игнорируя более сложные эффекты из-за переменного тока вместо постоянного тока.

Вы также можете иметь высокое напряжение и ток 0, если просто отключите цепь.