Kuinka on mahdollista saada korkea jännite ja matala virta? Se näyttää olevan ristiriidassa virran ja jännitteen suhteen E = IR

Sekoitat ”korkean jännitteen” ja ”suurjännitehäviön”. Ohmin laki säätelee häviötä jännite vastuksen yli tietylle sen läpi kulkevalle virralle. Koska virta on matala, jännite menetys on vastaavasti matala.

Kommentit

• Ja ” jännitehäviö ”, tarkoitat komponentin ” jännitettä ”.
• No, jos se ’ on totta (ts. ohmin ’ laki, joka säätelee jännitteen menetystä) , se on minulle paljon järkevämpää nyt. Se kuitenkin luo toisen kysymyksen. Mitä foorumin sääntöihin tulee, pitäisikö minun muodostaa uusi kysymys vai vain kysyä se osana tätä ketjua?
• Uusissa kysymyksissä pitäisi olla uusi kysymys, mutta jos se liittyy toiseen kysymykseen linkittäminen siihen liittyvään kysymykseen on hyväksyttävää.

Olet hämmentynyt kuluttajakuormasta ja kuluttajien vastuksesta kaapelit.

Asia on, että teho on jännitteen ja virran tulo. Jos haluat siirtää saman tehon kuluttajakuormalle, voit lisätä jännitettä ja vähentää virtaa.

Jos talosi valo tarvitsee 100 W, esimerkiksi 10 A 10 V: lla, se voidaan siirtää suoraan voimalaitokselta .

Sanotaan, että talosi ja laitoksen välisellä kaapelilla on 10 ohmia. Jos upotat 10A laitoksesta, laitoksen on syötettävä 110 V: n jännitteellä 10 A jännitehäviö tapahtuu 100 V: n jännitteellä. kaapeli ja tarvitsemasi 10 V. Tämä tarkoittaa, että kulutat 100 W, kun kaapeli tuhlaa 1000 W.

Oletetaan nyt, että talosi saa 1000 V: n.

Tietenkin , tarvitset muuntajan muuntamaan toimitettu jännite valon tarvitsemaan jännitteeseen!

Laitokselta kulutettu virta on nyt vain 0,1 A.

Jännite kaapelin pudotus on nyt vain 1 V. Tämä on paljon parempi.

Asia on muuntajan käyttö, jonka avulla jännitteet ja virrat voidaan muuntaa samalla kun teho säilyy:

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

kommentit

• Luulen, että ’ minulla on vain ongelmia jännitteen käsitteellistämisessä potentiaalinen energia.
• Ei, että ’ ei ole asia (ja fyysisesti jopa virheellinen).Se on todella power = U*I, se, että kaapelin suuret virrat aiheuttavat suuren jännitteen pudotuksen / tehohäviön ja tarvitset muuntajia.
• Luulen sen ’ syyni, että ymmärrät minua väärin. En etsin ’ etsinyt korkeajännitteen, matalan virran etuja voimajohdoille. Ymmärsin sen jo. Etsin, kuinka on mahdollista luoda paine (jännite) aiheuttamatta elektronien nopeuden (virran) kasvua (ja siten johtimien ylikuumenemista ja sulamista). Jos sanot, että ajatteleminen jännitteestä potentiaalisena energiana on väärin, ’ olet vastoin kauaskantoisia didaktisia perinteitä (koska tästä analogiasta tehdään paljon), mutta minä ’ olen ehdottomasti kiinnostunut kuulemaan, miksi sanot sen olevan väärä.
• @MountainScott lisäämällä vastusta (kaapelin päässä, ei kaapelin vastusta) mikä vain tuhlaisi voimaa)

Yksi sana: Vastarinta . Muista, että jännite lasketaan kertomalla virta vastuksella. Sinulla voi olla suuri potentiaaliero (mikä on jännite) ja matala virta yksinkertaisesti, kun sinulla on suuri vastus estääksesi tämän virran.

Ajattele sitä kuin vesiletku, joka on kytketty täyteen räjähdykseen ja jonka päähän on kiinnitetty letkupistooli. Letkupistooli toimii vaihtelevana vastuksena, jota käyttäjä ohjaa, joten vaikka letkussa on paljon potentiaalista energiaa (vesi haluaa virrata), vastus on niin suuri, että vain vähän tai ei lainkaan vettä virtaa. Kun käyttäjä painaa laukaista, vastus laskee, kunnes vesi virtaa yhä enemmän.

Kommentit

• Vaikuttaa siltä, että jos muuntajat luovat enemmän vastusta (tai oletan impedanssia) , että se aiheuttaisi sekä jännitteen että virran laskun (jolloin lähtö olisi hyödytön) … onko virta jo suhteellisen korkea ja ” korkea jännite / matala virta ” suhde voimajohdoissa on myös suhteellinen?

Hämmennyksesi johtuu siitä, että unohdat vastaanottimen vastuksen. Pohjimmiltaan se näyttää tältä:

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

Johdon jännite ( tai voimalaitos) on korkea ja johtojen vastukset a uudelleen matala, joten luulet virran olevan korkea. Aivan, mutta ota nyt huomioon, että vastaanottimella on erittäin suuri vastus. Tämä tekee tämän virran virrasta matalan.

Joten sinulla on korkea jännite ja matala virta johtuen vastaanottimen suuresta vastuksesta johtojen välillä. Se on täysin yhdenmukainen Ohmin lain kanssa: \ $ I = U / R \ $ ja R on hyvin iso, joten olen pieni.

Jos tässä yksinkertaistetussa tilanteessa nostamme voimalaitoksen jännitettä, meidän on myös lisättävä vastaanottimen vastusta, jos haluamme pitää vastaanottimen tehon vakiona.

Todellisuudessa vastaanottimet kulkevat muuntajien takana, jotka muuntavat korkean jännitteen matalaksi (vakio, esim. Euroopassa 230 V). Joten yllä olevassa tilanteessa, kun nostamme voimalaitoksen jännitettä, meidän on vain vaihdettava muuntajia (niiden vastus) – ei tarvitse vaihda vastaanottimen vastus. Kaikki tämä on läpinäkyvää loppukäyttäjälle.

Tämä selittää, kuinka korkea jännite ja matala virta ovat mahdollisia. Ja miksi se on parempi?

Muista kaava teho suhteessa vastukseen ja virtaan – se ”s \ $ P = I ^ 2 * R \ $. Jos sinulla on johto, jolla on jokin vakio vastus R, ja sitten lasket virtaa 2 kertaa (lisäämällä jännitettä 2 kertaa), tämän langan menetetty teho vähenee 4 kertaa. Siksi on hyvä olla korkea jännite.

Kommentit

• Ei asiantuntija, mutta tuntuu siltä, että tämä on suora vastaus kysymykseen

Tehonjakojärjestelmä käyttää muuntajia jännitteen nostamiseen ylös tai alas.

Muuntajat käsittelevät tehoa (jännite kertaa virta). Muuntajaan syötetty teho on yhtä suuri kuin muuntajan ottama teho (pienet häviöt huomioimatta), jotta voimme laskea jännitteen ja virran muuntajan kummallakin puolella kaavalla

Vin x Iin = Vout x Iout

Tämän kaavan avulla voit nähdä, että jos tulojännite on 10 kertaa lähtöjännite, tulovirran on oltava 1/10 lähtövirrasta.

Kommentit

• Hämmennyksen vaarassa, minä ’ ll lisää joitakin tietoja: Muuntaja on myös impedanssimuunnin. Lähteen tai kuorman impedanssi menee ylös tai alas muuntajan yli samaan suuntaan kuin jännite nousee tai laskee, mutta impedanssisuhde on neliö, kun taas jännite- ja virtasuhteet ovat ” suora ” verrattuna kääntymissuhteeseen.Liitä tämä Ohm ’ -lakiin nähdäksesi, että se korvaa täsmälleen jossakin suunnassa muuttuvan jännitteen ja vastakkaiseen suuntaisen virran, jotta teho pysyisi samana.
• Kaiken tämän takana on se, että talosi, kun ” nähdään ” suurjänniteverkkojen jakelulinjoissa portaaton alasmuuntajalla, näyttää olevan paljon suurempi impedanssi kuin todellisuudessa, ja se ’ on tämä korkeampi impedanssi, joka menee Ohmin ’ s lakiin jakelulinjalle. Siten suurempi jännite, pienempi virta.

No, me kutsumme heitä syy … mitä lähetämme, on VOIMA. Ja koska \ $ P = VI \ $, voimme lähettää saman määrän tehoa \ $ 10,000 \ $ volttia käyttäen \ $ 0,1 \ $ ampeeria tai \ $ 100 \ $ volttia ja \ $ 10 \ $ ampeeria. ((\ 10 000 dollaria \ teksti {V} \ kertaa 0,1 \ teksti {A} = 1000 \ teksti {wattia} \ $) vastaa (\ $ 100 \ teksti {V} \ kertaa 10 \ teksti {A} = 1000 \ teksti {Watts} \ $)).

Joten voimalaitos voi lähettää saman määrän tehoa (\ $ 1000 \ $ Watts tässä esimerkissä) käyttämällä \ $ 10,000 \ $ Volttia ja vain kymmenesosaa ampeeria, tai \ $ 100 \ $ volttia \ $ 10 \ $ ampeereissa. Mikä motivoi heidän päätöstään? Raha. Mainitsemasi \ $ V = IR \ $ -suhde määrittää jännitteen pudotuksen virtaa välittävissä kaapeleissa. Luonnollisesti nämä kaapelit on suunniteltu mahdollisimman pienellä vastuksella, mutta sitä ei voida eliminoida. Muista, että \ $ P = VI \ $, joten jännitteen pudotus johtaa tehon pudotukseen. Mikä tahansa voiman menetys siirtolinjoilla on tuhlausta, ja sähköyhtiö menettää rahaa.

Huomaa myös, että kun yhdistämme nämä kaksi yhtälöä, voimme kirjoittaa tehoyhtälön muodossa \ $ P = I ^ 2R \ $. Tämä osoittaa, että tehohäviö on verrannollinen virran neliöön asetetulle vastukselle. Joten jos sähköyhtiö voi vähentää virtaa nostamalla jännitettä, pienennyksen hyöty on neliö. Tässä esimerkissä virran pudottaminen kertoimella \ $ 100 \ $ (arvosta \ $ 10 \ $ ampeeria alas \ $ 0.1 \ $ ampeeriin) vähentää virrankatkoja kertoimella \ $ 10,000 \ $.

Yksi tapa tarkastella sitä on kysyä mitä voimajohdon toisessa päässä: asiakas. Asiakas ei ”t ostaa virtaa tai jännitettä, jonka hän ostaa virtaa (wattia). Joten jos virtalähde toimittaa tietyn määrän virtaa, he voivat käyttää ohuempia johtoja nostamalla jännitettä ja laskemalla virtaa tietylle tehomäärälle.

Kommentit

• Kysymyksessä kysytään, miten se ’ on mahdollista, ei miksi se on tehty ’.

Sanot ”eli jännitteen kasvu johtaa virran kasvuun, jos vastus pysyy samana”. Se on oikein paitsi, että korkeamman jännitteen piirit käyttävät suurempia kuormitusvastuksia tietyllä teholla.

Esimerkiksi 120 W: n, 120 V: n polttimo vetää 1 A. (I = P / V = 120/120 = 1. ) Sen vastus (kuumana) olisi 120Ω. (R = V / I = 120/1 = 120.)

^{simuloi tätä virtapiiriä – Kaavio luotu käyttämällä CircuitLab}

120 W: n, 12 V: n polttimo vetää 10 A (I = P / V = 120/12 = 10). Sen vastus (kuumana) olisi 1,2Ω (R = V / I = 12/10 = 1,2). Huomaa, että jännitteen pudottaminen kertoimella 10 edellyttää, että virta kasvaa kertoimella 10, jotta saadaan sama Huomaa myös, että vastus pieneni 10² = 100!

Kuten suolistasi kertoi, jos lisäät jännitettä lisäämättä vastusta, virta kasvaa.

Jos P = IV, se merkitsisi sitä, että jos V kasvaa, minun on vähennettävä. Esimerkiksi: jos P = 12 ja V = 3, minun pitäisi olla 4. Mutta jos lisäät V: tä – astut alas esimerkiksi minä: jos V tuli 8, minusta tulisi 1,5. Pieni virta on välttämätön, koska vähemmän energiaa menetetään. Kuvittele, että kaapelin sisällä olevat elektronit olivat ostajia ja että Kuvittele, että 100 ostajan rivi, joka kiirehtii ulos rakennuksesta, kumpikin kuljettaa 15 dollaria, mutta kaikkien on kuljettava kujan läpi (kuja on kaapeli) ja joka kerta kun törmäsivät toisiinsa, he menettivät yhden dollarin (energiaa) menetetty lämpöenergiana). Kuvittele nyt, millaista olisi, jos vain 10 ihmistä kantaisi 150 dollaria ja kuinka paljon vähemmän he menettäisivät.

Suorassa vastauksessa alkuperäiseen viestiin tuntuu siltä, että teillä kaikilla on liian monimutkainen mitä vastaus hänen kysymykseensä todella on. Vaikka antamasi tiedot ovat hienoja sisällyttää, kysymykseen ei ole vastattu. E = IR Ymmärryssi siitä, että jännitteen nousun pitäisi johtaa virran kasvuun, on oikea – vaihda 3 V: n paristo yksinkertaisessa piirissä 9 V: n kanssa ja olet hyppäsi myös kolminkertaisen virran.

Korkea jännite / matala virta ja päinvastoin on MUUTOSMUUTOS siitä, mitä jo on – et vaihda akkua (tai mitään jännitelähdettä) toisen kanssa. Muuntaja toimii watin lain vuoksi: teho on vakio (vastus on vakio ohmin laissa) ja teho on virta x jännite tai ”P = EI”

Jännitteen muutos on käänteinen virran muutos ja päinvastoin, missä valta säilyy.

Minusta näyttää siltä, että sinulla on -käsitteitä ongelmia, joihin käsittelen vastauksessani.

On totta, että (1) E = IR on universaali kaava. Sinun on kuitenkin ymmärrettävä, että se voidaan ilmaista myös (2) R = E / I ja (3) I = E / R.

Lomaketta (2) käyttämällä näytän nykyisen kaavan ymmärtäminen. Jos teet jännitteen 10 kertaa suuremmaksi (10E), vastuksen pitämiseksi samana (muuttumattomana), virran on myös kasvettava 10 kertaa R = E / I = 10E / 10I. Voin kuitenkin myös lisätä jännitettä ja ylläpitää virtaa samana lisäämällä vastusta 10 kertaa I = E / R = 10E / 10R. Joten , lomakkeella (3) pystyn osoittamaan, että jännitettä (10E) on mahdollista nostaa ilman, että virtaa tarvitsee lisätä (ylläpitää virta ”matala” (I)) .

Kuulostaa siltä, että tähän kysymykseen on toistaiseksi annettu kolme yleistä vastausta. Yhteenvetona:

1. Muuntajat ovat taikuutta. Kun olet ottanut käyttöön muuntajat, V = IR ei enää sovellu, joten on hienoa saada korkea jännite ja matala virta, koska järjestelmä ei ole enää ohmisia. Järjestelmä kuitenkin noudattaa muuntajan yhtälöä,

$$ V_1 \ kertaa I_1 = V_2 \ kertaa I_2 = \ text {vakio} $$

2. Voimalaitos – voimajohto – vastaanotinjärjestelmä voi mallinnetaan olennaisesti yhtenä vastuspiirinä (jossa voimalaitos = akku, voimajohdot = johdot ja vastaanotin = yksittäinen vastus). Siksi sillä on merkitystä vastaanottimen vastuksella ja koska se on yleensä koko järjestelmän korkea totteleeko Ohmin lakia: korkea jännite ja korkea vastus tuottavat matalan virran

3. Täällä toimii Ohmin lain perustavanlaatuinen väärinkäsitys. V ohmin laissa ei ole järjestelmän jännitteen arvo, se on jännitteen pudotus tietyn vastuksen tai piirielementin yli. Vähemmän huolimaton tapa kirjoittaa Ohmin lakia voi olla \ $ \ bigtriangleup V = IR \ $. Siten voimajohdot noudattavat Ohmin lakia, ja sekaannus johtuu siitä, että ”olemme huolimattomia kielellämme. Joten, suurjännitelinjalla voi olla 110 kV: n jännite alussa (suhteessa maahan) ja 110 kV – 2 V lopussa, mikä antaa jännitteen pudotuksen \ $ \ bigtriangleup V = 2V \ $ voimajohdon pituudelle. Voimajohdolla on melko alhainen resistiivisyys, joten kokonaisresistanssi on pieni ja niin pieni jännitteen pudotus ja pieni vastus tuottavat matalan virran Ohmin lain mukaisesti. Tällä tavoin on erittäin hienoa, että voimajohdoissa on korkea jännite ja matala virta.

Näistä kolmesta selityksestä olen taipuvainen uskomaan kolmatta . Ensimmäinen on vain yhtälön uudelleenmuotoilu, eikä se anna meille mitään lisätietoja fyysisestä mekanismista tai tilanteen logiikasta. Toinen on mahdollinen, mutta näyttää siltä, että se olisi liian monimutkaista, koska tosiasiallisesti monia virtalähteisiin vetäviä vastaanottimia on, joten se olisi todella mallinnettava paljon monimutkaisemmaksi piiriksi. Kolmas antaa meille mahdollisuuden pitää Ohmin laki ennallaan ja samalla neliöidä se pois muiden asiaankuuluvien yhtälöiden kanssa.

Kaikki sanottu on, että tämä on yksinkertaistettu malli siitä, mitä tapahtuu, jättäen huomiotta monimutkaisemmat vaikutukset. vaihtovirtaan DC: n sijaan.

Voit myös käyttää suurjännitettä ja 0-virtaa, jos yksinkertaisesti irrotat piirin.