Hvordan er det muligt at have høj spænding og lav strøm? Det ser ud til at være i modstrid med forholdet mellem strøm og spænding i E = IR

Du forveksler “højspænding” med “højspændingstab”. Ohms lov regulerer tabet af spænding over en modstand for en given strøm, der passerer gennem den. Da strømmen er lav, er spændingen tab tilsvarende lav.

Kommentarer

• Og af ” spændingstab “, du mener ” spænding over komponenten “.
• Nå hvis det ‘ er sandt (dvs. ohm ‘ lov om spændingstab) , det giver mig meget mere mening nu. Det skaber dog et andet spørgsmål. Så vidt forumreglerne går, skal jeg danne et nyt spørgsmål eller bare stille det som en del af denne tråd?
• Nye spørgsmål skal åbnes et nyt spørgsmål, men hvis det er relateret til et andet spørgsmål, så at linke til det relaterede spørgsmål er acceptabelt.

Du er forvirret over forbrugernes belastning og modstand kablerne.

Pointen er, at strømmen er et produkt af spænding og strøm. For at overføre den samme strøm til en forbrugerbelastning kan du øge spændingen og sænke strømmen.

Hvis lyset i dit hus har brug for 100W, siger 10A ved 10V, kan dette overføres direkte fra kraftværket .

Lad os sige, at kablet mellem dit hus og anlægget har 10 ohm. Hvis du synker 10A fra anlægget, skal anlægget levere 110V: Ved 10A opstår der et spændingsfald på 100V kabel plus 10V, du har brug for. Det betyder, at du bruger 100W, mens kablet spilder 1000W.

Lad os sige, at dit hus modtager 1000V.

Selvfølgelig , har du brug for en transformer til at konvertere den leverede spænding til den spænding, som lyset har brug for!

Den strøm, der forbruges fra anlægget, er nu kun 0,1A.

Spændingen drop på kablet er nu kun 1V, hvilket betyder 0,1W tab for at drive dit 100W lys. Dette er meget bedre.

Pointen er brugen af transformeren, der gør det muligt at konvertere spændinger og strømme, samtidig med at effekten opretholdes:

$$ U_1 \ cdot I_1 = U_2 \ cdot I_2 = konst. $$

Kommentarer

• Jeg antager, at jeg ‘ bare har problemer med at opfatte spænding som potentiel energi.
• Nej, at ‘ ikke er pointen (og endda fysisk ikke korrekt).Det er virkelig power = U*I, det faktum, at høje strømme i et kabel forårsager højt spændingsfald / strømtab, og at du har brug for transformere.
• Jeg tror det ‘ er min skyld i, at du misforstår mig. Jeg var ikke ‘ t på udkig efter fordelene ved højspænding, lav strøm til kraftledninger. Jeg forstod det allerede. Jeg ledte efter, hvordan det er muligt at skabe tryk (spænding) uden at få elektroner til at stige i hastighed (strøm) (og dermed få ledningerne til at blive overophedet og smelte). Hvis du siger, at tænke på spænding som potentiel energi er forkert, går du ‘ imod en vidtrækkende didaktisk tradition (fordi denne analogi er lavet meget), men jeg ‘ Jeg er bestemt interesseret i at høre hvorfor du siger, at det ikke er korrekt.
• @MountainScott ved at øge modstanden (i slutningen af kablet, ikke modstanden på kablet sig selv, der bare spilder strøm)

Et ord: Modstand . Husk at spænding beregnes ved at multiplicere strømmen med modstanden. Du kan have en høj potentialforskel (hvilket er hvad spænding er) og en lav strøm blot ved at have en høj modstand på plads for at blokere den aktuelle strøm.

Tænk på det som en vandslange, der er tændt i fuld sprængning, med en slangepistol fastgjort til enden. Slangepistolen fungerer som en varierende modstand styret af brugeren, så selvom der er høj potentiale energi i slangen (vandet, der ønsker at strømme), er modstanden så stor, at der strømmer lidt eller intet vand. Når brugeren trykker på trigger, modstanden sænkes, indtil vandet strømmer mere og mere.

Kommentarer

• Det ser ud til, at hvis transformere skaber mere modstand (eller impedans, formoder jeg) , at det ville medføre et fald i både spænding OG strøm (hvilket gør output ubrugelig) … er det, at strømmen allerede er relativt høj, og ” højspænding / lav strøm ” Forholdet i kraftledninger er også alt relativt?

Din forvirring kommer fra det faktum, at du “glemmer modtagerens modstand. Dybest set ser det sådan ud:

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

Spændingen i ledningen ( eller kraftværk) er høj, og modstanden på ledningerne a er lav, så du synes, at strømmen skal være høj. Ret, men overvej nu, at modtageren har en meget høj modstand. Dette er hvad der gør strømmen i dette kredsløb lav.

Så du har høj spænding og lav strøm på grund af modtagerens høje modstand mellem ledningerne. Det er helt i overensstemmelse med Ohms lov: \ $ I = U / R \ $ og R er meget stor, så jeg er lille.

I dette forenklede scenario, hvis vi øger kraftværksspændingen, skal vi også øge modtagerens modstand, hvis vi vil holde modtagerens strøm konstant.

I virkeligheden kører modtagere bag transformatorer, der konverterer høj spænding til lav (konstant f.eks. 230V i Europa). Så i ovenstående scenarie, når vi øger spændingen i kraftværket, er vi bare nødt til at skifte transformere (deres modstand) – ikke nødvendigt skift modtagerens modstand. Alt dette er gennemsigtigt for slutbrugeren.

Dette forklarer, hvordan det er muligt at have høj spænding og lav strøm. Og hvorfor er det bedre?

Husk formlen for magt i forhold til modstand og strøm – det “s \ $ P = I ^ 2 * R \ $. Hvis du har en ledning, der har en konstant modstand R, og derefter sænker du strømmen 2 gange (ved at øge spændingen 2 gange), reduceres den tabte strøm i denne ledning 4 gange. Derfor er det godt at have en høj spænding.

Kommentarer

• Ikke en ekspert, men det føles som om dette er det direkte svar til spørgsmålet

Strømfordelingssystemet bruger transformere til at træde spændingen op eller ned.

Transformere håndterer strøm (spændingstider strøm). Effekten, der føres ind i en transformer, vil være lig med effekten taget fra transformeren (forsømmelse af små tab), så vi kan beregne spændingen og strømmen på hver side af transformeren ved hjælp af formlen

Vin x Iin = Vout x Iout

Ved hjælp af denne formel kan du se, at hvis indgangsspændingen er 10 gange udgangsspændingen, skal indgangsstrømmen være 1/10 af udgangsstrømmen.

Kommentarer

• Med risiko for forvirring tilføjer jeg ‘ nogle flere oplysninger: En transformer er også en impedansomformer. Impedansen af kilde eller belastning går op eller ned over en transformer i samme retning som spændingen går op eller ned, men impedansforholdet er kvadratisk, mens spændings- og strømforholdene er ” lige ” sammenlignet med drejningsforholdet.Sæt dette i Ohm ‘ s lov for at se, at det nøjagtigt kompenserer for, at spændingen skifter i en retning, og at strømmen ændres i den modsatte retning for at holde strømmen lig.
• Resultatet af alt dette er, at dit hus, når ” set ” af højspændingsfordelingslinier gennem et trin- down transformer, ser ud til at have meget højere impedans, end den virkelig har, og det ‘ er denne højere impedans, der går ind i Ohm ‘ s lov til fordelingslinjen. Således højere spænding, lavere strøm.

Nå, vi kalder dem “kraftledninger” for en grund … hvad vi sender er POWER. Og da \ $ P = VI \ $, kan vi transmittere den samme mængde strøm ved \ $ 10.000 \ $ volt ved hjælp af en strøm på \ $ 0.1 \ $ ampere eller ved \ $ 100 \ $ volt og \ $ 10 \ $ ampere. ((\ $ 10.000 \ tekst {V} \ gange 0.1 \ tekst {A} = 1000 \ tekst {Watt} \ $) svarer til (\ $ 100 \ tekst {V} \ gange 10 \ tekst {A} = 1000 \ tekst {Watts} \ $)).

Så et kraftværk kan overføre den samme mængde strøm (\ $ 1000 \ $ Watt i dette eksempel) ved hjælp af \ $ 10.000 \ $ volt og kun en tiendedel af en forstærker, eller \ $ 100 \ $ Volt ved \ $ 10 \ $ Amps. Hvad motiverer så deres beslutning? Penge. Forholdet \ $ V = IR \ $, du nævnte, bestemmer spændingsfaldet over de kabler, der transmitterer strøm. Disse kabler er naturligvis designet med så lav modstand som muligt, men den modstand kan ikke elimineres. Husk at \ $ P = VI \ $, så et fald i spænding resulterer i et fald i effekt. Ethvert tab af strøm langs transmissionslinierne er spild, og elselskabet mister penge.

Bemærk også, at når vi kombinerer disse to ligninger, kan vi skrive effektligningen som \ $ P = I ^ 2R \ $. Dette illustrerer, at strømtab er proportionalt med strømmen til en indstillet modstand. Så hvis elselskabet kan reducere strømmen ved at hæve spændingen, er fordelen ved denne reduktion kvadratisk. I dette eksempel reducerer strømtabet med en faktor \ $ 10.000 \ $ ved at droppe strømmen med en faktor \ $ 100 \ $ (fra \ $ 10 \ $ Amps ned til \ $ 0.1 \ $ Amps).

En måde at se på det er at spørge, hvad der er i den anden ende af kraftledningen: en kunde. Kunden ikke købe strøm eller spænding han / hun køber strøm (watt). Så hvis en strømleverandør leverer en given mængde strøm, kan de bruge tyndere ledninger ved at hæve spændingen og sænke strømmen for en given mængde strøm.

Kommentarer

• Spørgsmålet spørger, hvordan det ‘ er muligt, ikke hvorfor det ‘ er gjort.

Du siger, “det vil sige, en stigning i spænding giver en stigning i strømmen, hvis modstanden forbliver den samme”. Det er korrekt bortset fra at højere spændingskredsløb bruger højere belastningsmodstande for en given effekt.

f.eks. 120 W, 120 V pære ville trække 1 A. (I = P / V = 120/120 = 1. ) Det er modstand (når det er varmt) ville være 120Ω. (R = V / I = 120/1 = 120.)

^{simuler dette kredsløb – Skematisk oprettet ved hjælp af CircuitLab}

En 120 W, 12 V pære ville trække 10 A (I = P / V = 120/12 = 10). Det er modstand (når det er varmt) ville være 1,2Ω (R = V / I = 12/10 = 1,2). Bemærk at at droppe spændingen med en faktor 10 kræver, at strømmen øges med en faktor 10 for at give det samme Bemærk også, at modstanden faldt med 10² = 100!

Som din tarm fortalte dig, øges strømmen, hvis du øger spændingen uden at øge modstanden.

Hvis P = IV vil det betyde, at hvis V stiger, bliver jeg nødt til at falde. For eksempel: hvis P = 12 og V = 3, så bliver jeg nødt til være 4. Men hvis du træder op V – træder du ned for eksempel: hvis V blev 8, ville jeg blive 1,5. En lav strøm er nødvendig, fordi mindre energi går tabt. Forestil dig, at elektronerne inden i kablet var indkøbere, og at energi, de havde med sig, var penge. Forestil dig nu, at en linje på 100 shoppere, der skynder sig ud af en bygning, hver bærer $ 15, men alle skal passere gennem en gyde (gaden er kablet), og hver gang de støder på hinanden, tabte de $ 1 (energi tabt som varmeenergi). Forestil dig nu, hvordan det ville være, hvis der kun var 10 personer, der bærer $ 150, og hvor meget mindre de ville miste.

Som direkte svar på det oprindelige indlæg ser det ud til, at du alle har for kompliceret, hvad svaret til hans spørgsmål virkelig er. Selvom dine leverede oplysninger er gode at medtage, synes spørgsmålet ubesvaret. E = IR Din forståelse af, at en stigning i spænding skal resultere i en stigning i strømmen er korrekt – skift et 3v batteri ud i et simpelt kredsløb til en 9v, og du har også sprunget 3x strøm.

Højspænding / lav strøm og omvendt er en TRANSFORMATION af hvad der allerede er der – du bytter ikke et batteri (eller nogen spændingskilde) med et andet. En transformer fungerer på grund af wattens lov: effekt er konstant (modstand er konstant i ohms lov) og effekt er strøm x spænding, eller “P = EI”

En ændring i spænding er en omvendt ændring i strøm og omvendt, hvor magten bevares.

Det ser ud til, at du har konceptualisering problemer, som jeg vil behandle i mit svar.

Det er sandt, at (1) E = IR er en universel formel. Du skal dog forstå, at det også kan udtrykkes som (2) R = E / I, og (3) I = E / R.

Ved hjælp af form (2) viser jeg din nuværende forståelse af formlen. Hvis du gør spændingen 10 gange større (10E), for at holde modstanden den samme (uændret), skal strømmen også øges 10 gange R = E / I = 10E / 10I. Imidlertid kan jeg også øge spændingen og opretholde den samme ved at øge modstanden 10 gange I = E / R = 10E / 10R. Så , med form (3), er jeg i stand til at vise, at det er muligt at øge spændingen (10E) uden at skulle øge strømmen (opretholde strømmen “lav” (I)) .

Det lyder som om der indtil videre er tre generelle svar på dette spørgsmål. For at opsummere:

1. Transformere er magiske. Når du introducerer transformere, gælder V = IR ikke længere, så det er fint at have høj spænding og lav strøm, fordi systemet ikke længere er ohmisk. Systemet adlyder dog transformatorligningen,

$$ V_1 \ times I_1 = V_2 \ times I_2 = \ text {constant} $$

2. Kraftværket – kraftledning – modtagesystem kan modelleres i det væsentlige som et enkelt modstandskredsløb (hvor kraftværk = batteri, kraftledninger = ledninger og modtager = enkelt modstand). Således er det modtagerens modstand, der betyder noget, og fordi modstanden har tendens til at være høj i hele systemet overholder Ohms lov: høj spænding og høj modstand giver lav strøm

3. Der er en grundlæggende fejlfortolkning af Ohms lov, der fungerer her. V i Ohms lov er ikke værdien af spændingen i systemet, det er spændingsfaldet over en bestemt modstand eller et kredsløbselement. En mindre sjusket måde at skrive Ohms lov kan være \ $ \ bigtriangleup V = IR \ $. Således adlyder kraftledninger Ohms lov, og forvirringen kommer af det faktum, at vi er sjusket på vores sprog. Så en højspændingsledning kan have en spænding på 110kV i starten (i forhold til jord) og 110kV – 2V i slutningen, hvilket giver et spændingsfald på \ $ \ bigtriangleup V = 2V \ $ over kraftledningens længde. Kraftledningen har forholdsvis lav modstand, så den samlede modstand er lav, og så lavt spændingsfald og lav modstand giver lav strøm i overensstemmelse med Ohms lov. På denne måde er det helt fint at have høje spændingsværdier og lav strøm i kraftledninger.

Af disse tre forklaringer er jeg tilbøjelig til at tro den tredje . Den første er blot en omformulering af ligningen og giver os ingen ekstra information om den fysiske mekanisme eller logikken i situationen. Det andet er muligt, men ser ud til at det ville være alt for kompliceret af det faktum, at der faktisk er mange modtagere, der trækker på kraftledninger, så det skal virkelig modelleres som et meget mere komplekst kredsløb. Den tredje giver os mulighed for at holde Ohms lov intakt, mens vi også kvadrerer den væk med de andre relevante ligninger.

Alt dette er sagt, dette er en forenklet model for, hvad der foregår, idet man ignorerer mere komplicerede effekter på grund af til AC i stedet for DC.

Du kan også have høj spænding og 0 strøm, hvis du bare afbryder kredsløbet.