Hvordan er det mulig å ha høyspenning og lav strøm? Det ser ut til å være i strid med forholdet mellom strøm og spenning i E = IR

Du forveksler «høyspenning» med «høyspenningstap». Ohms lov regulerer tapet av spenning over en motstand for en gitt strøm som går gjennom den. Siden strømmen er lav, er spenningen tap tilsvarende lav.

Kommentarer

• Og av » spenningstap «, du mener » spenning over komponenten «.
• Vel hvis det ‘ er sant (dvs. ohm ‘ s lov som regulerer tap av spenning) , det gir mye mer mening for meg nå. Imidlertid skaper det et annet spørsmål. Så vidt forumregler går, skal jeg danne et nytt spørsmål eller bare stille det som en del av denne tråden?
• Nye spørsmål skal ha et nytt spørsmål åpnet, men hvis det er relatert til et annet spørsmål så å koble til det relaterte spørsmålet er akseptabelt.

Du er forvirret over forbrukerbelastningen og motstanden til kablene.

Poenget er at kraft er et produkt av spenning og strøm. For å overføre den samme strømmen til en forbrukerbelastning, kan du øke spenningen og redusere strømmen.

Hvis lyset i huset ditt trenger 100W, si 10A ved 10V, kan dette overføres direkte fra kraftverket .

La oss si at kabelen mellom huset ditt og anlegget har 10 ohm. Hvis du synker 10A fra anlegget, må anlegget levere 110V: Ved 10A oppstår et spenningsfall på 100V kabel pluss 10V du trenger. Dette betyr at du bruker 100W mens kabelen kaster bort 1000W.

La oss si at huset ditt mottar 1000V.

Selvfølgelig , trenger du en transformator for å konvertere den leverte spenningen til spenningen som trengs av lyset!

Strømmen som forbrukes fra anlegget er nå bare 0.1A.

Spenningen slipp på kabelen er nå bare 1V, noe som betyr 0,1W tap for å drive 100W-lyset ditt. Dette er mye bedre.

Poenget er bruken av transformatoren som gjør det mulig å konvertere spenninger og strømmer samtidig som strømmen opprettholdes:

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

Kommentarer

• Jeg antar at jeg ‘ bare har problemer med å konseptualisere spenning som potensiell energi.
• Nei, at ‘ ikke er poenget (og til og med fysisk ikke riktig).Det er virkelig power = U*I, det faktum at høye strømmer i en kabel forårsaker høyspenningsfall / strømtap, og at du trenger transformatorer.
• Jeg tror det ‘ er min feil at du misforstår meg. Jeg var ikke ‘ t på jakt etter fordelene med høyspenning, lav strøm for kraftledninger. Jeg forsto det allerede. Jeg lette etter hvordan det er mulig å skape trykket (spenningen) uten å få elektronene til å øke i hastighet (strøm) (og dermed få ledningene til å bli overopphetet og smelte). Hvis du sier at det å tenke på spenning som potensiell energi er galt, ‘ går du mot en vidtrekkende didaktisk tradisjon (fordi denne analogien er laget mye), men jeg ‘ Jeg er absolutt interessert i å høre hvorfor du sier at det ikke er riktig.
• @MountainScott ved å øke motstanden (på enden av kabelen, ikke motstanden til kabelen seg selv som bare ville kaste bort kraften)

Ett ord: Motstand . Husk at spenningen beregnes ved å multiplisere strømmen med motstanden. Du kan ha en høy potensialforskjell (som er hva spenningen er) og en lav strøm bare ved å ha en høy motstand på plass for å blokkere den aktuelle.

Tenk på det som en vannslange slått på full sprengning, med en slangepistol festet til enden. Slangepistolen fungerer som en varierende motstand styrt av brukeren, så selv om det er høyt potensielt energi i slangen (vannet som vil strømme), er motstanden så stor at det strømmer lite eller ingen vann. Når brukeren trykker på utløser, senker motstanden til vannet strømmer mer og mer.

Kommentarer

• Ser bare ut som om transformatorer skaper mer motstand (eller impedans, antar jeg) , at det vil føre til en reduksjon i både spenning OG strøm (gjør utgangen ubrukelig) … er det at strømmen allerede er relativt høy og » høyspenning / lav strøm » forholdet i kraftledninger er alt relativt også?

Forvirringen din kommer av at du «glemmer mottakerens motstand. I utgangspunktet ser det slik ut:

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

Spenningen i ledningen ( eller kraftverk) er høy og motstanden til ledningene a er lav, så du mener at strømmen skal være høy. Ikke sant, men vurder nå at mottakeren har en veldig høy motstand. Dette er det som gjør strømmen i denne kretsen lav.

Så du har høy spenning og lav strøm på grunn av motstanden til mottakeren mellom ledningene. Det stemmer helt overens med Ohms lov: \ $ I = U / R \ $ og R er veldig stor, så jeg er liten.

I dette forenklede scenariet, hvis vi øker kraftverkets spenning, må vi også øke mottakerens motstand hvis vi vil holde mottakerens kraft konstant.

I virkeligheten kjører mottakere bak transformatorer som konverterer høyspenning til lav (konstant f.eks. 230V i Europa). Så i scenariet ovenfor når vi øker spenningen i kraftverket, trenger vi bare å bytte transformatorer (deres motstand) – ikke behov for endre mottakerens motstand. Alt dette er gjennomsiktig for sluttbrukeren.

Dette forklarer hvordan det er mulig å ha høy spenning og lav strøm. Og hvorfor er det bedre?

Husk formelen for kraft i forhold til motstand og strøm – det «s \ $ P = I ^ 2 * R \ $. Hvis du har en ledning som har en konstant konstant motstand R, og deretter senker du strømmen to ganger (ved å øke spenningen 2 ganger), reduseres kraften som går tapt i denne ledningen 4 ganger. Derfor er det bra å ha høy spenning.

Kommentarer

• Ikke en ekspert, men det føles som om dette er det direkte svaret til spørsmålet

Strømfordelingssystemet bruker transformatorer til å trappe spenningen opp eller ned.

Transformatorer håndterer kraft (spenning ganger strøm). Effekten som mates inn i en transformator vil være lik kraften som er tatt fra transformatoren (forsømmelse av små tap), slik at vi kan beregne spenningen og strømmen på hver side av transformatoren ved hjelp av formelen

Vin x Iin = Vout x Iout

Ved å bruke denne formelen kan du se at hvis inngangsspenningen er 10 ganger utgangsspenningen, må inngangsstrømmen være 1/10 av utgangsstrømmen.

Kommentarer

• Med fare for forvirring vil jeg ‘ legge til litt mer informasjon: En transformator er også en impedansomformer. Impedansen til kilde eller belastning går opp eller ned over en transformator i samme retning som spenningen går opp eller ned, men impedansforholdet er kvadrat mens spennings- og strømforholdene er » rett «, sammenlignet med svingforholdet.Koble dette til Ohm ‘ s lov for å se at det nøyaktig kompenserer for at spenningen endres i en retning og strømmen endres i motsatt retning for å holde kraften lik.
• Resultatet av alt dette er at huset ditt, når » sett » av høyspentfordelingslinjene gjennom et trinn- nedtransformator, ser ut til å ha mye høyere impedans enn den egentlig har, og det ‘ er denne høyere impedansen som går inn i Ohm ‘ s lov for fordelingslinjen. Dermed høyere spenning, lavere strøm.

Vel, vi kaller dem «kraftledninger» for en grunn … det vi sender er KRAFT. Og siden \ $ P = VI \ $, kan vi overføre samme mengde kraft ved \ $ 10.000 \ $ volt ved hjelp av en strøm på \ $ 0.1 \ $ ampere, eller ved \ $ 100 \ $ volt og \ $ 10 \ $ ampere. ((\ $ 10.000 \ tekst {V} \ ganger 0.1 \ tekst {A} = 1000 \ tekst {Watt} \ $) tilsvarer (\ $ 100 \ tekst {V} \ ganger 10 \ tekst {A} = 1000 \ tekst {Watts} \ $)).

Så et kraftverk kan overføre samme mengde kraft (\ $ 1000 \ $ Watt i dette eksemplet) ved hjelp av $ 10.000 \ $ volt og bare en tidel av en Amp, eller \ $ 100 \ $ Volt ved \ $ 10 \ $ Ampere. Hva motiverer da deres beslutning? Penger. Forholdet \ $ V = IR \ $ du nevnte bestemmer spenningsfallet over kablene som overfører kraft. Naturligvis er disse kablene designet med så lav motstand som mulig, men den motstanden kan ikke elimineres. Husk at \ $ P = VI \ $, så et spenningsfall resulterer i et kraftfall. Ethvert tap av kraft langs overføringslinjene er bortkastet, og kraftselskapet taper penger.

Vær også oppmerksom på at når vi kombinerer disse to ligningene, kan vi skrive kraftligningen som \ $ P = I ^ 2R \ $. Dette illustrerer at tap av kraft er proporsjonalt med SQUARE av strøm for en angitt motstand. Så hvis kraftselskapet kan redusere strømmen ved å øke spenningen, er fordelen med den reduksjonen kvadratisk. Hvis du slipper strømmen med faktoren \ $ 100 \ $ (fra \ $ 10 \ $ Amps ned til \ $ 0.1 \ $ Amps), reduserer du strømtapet med en faktor \ $ 10.000 \ $.

En måte å se på det er å spørre hva som er i den andre enden av kraftledningen: en kunde. Kunden ikke kjøp strøm eller spenning han / hun kjøper strøm (watt). Så hvis en kraftleverandør leverer en gitt mengde strøm, kan de bruke tynnere ledninger ved å øke spenningen og senke strømmen for en gitt mengde strøm.

Kommentarer

• Spørsmålet spør hvordan det ‘ er mulig, ikke hvorfor det ‘ er gjort.

Du sier, «det vil si at en økning i spenning gir en økning i strøm hvis motstanden forblir den samme». Det er riktig bortsett fra at kretser med høyere spenning bruker høyere lastmotstand for en gitt effekt.

f.eks. 120 W, 120 V pære vil trekke 1 A. (I = P / V = 120/120 = 1. ) Motstanden (når den er varm) vil være 120Ω. (R = V / I = 120/1 = 120.)

^{simulere denne kretsen – Skjematisk opprettet ved hjelp av CircuitLab}

En 120 W, 12 V-pære ville trekke 10 A (I = P / V = 120/12 = 10). Motstanden (når den er varm) ville være 1,2Ω (R = V / I = 12/10 = 1,2). Merk at å slippe spenningen med en faktor på 10 krever at strømmen øker med en faktor på 10 for å gi det samme Merk også at motstanden reduserte med 10² = 100!

Som tarmen din fortalte deg, vil du øke spenningen uten å øke motstanden.

Hvis P = IV vil det bety at hvis V øker, må jeg redusere. For eksempel: hvis P = 12 og V = 3 så må jeg være 4. Men hvis du trapper opp V – trapper du ned for eksempel: hvis V ble 8, ville jeg blitt 1,5. En lav strøm er nødvendig fordi mindre energi går tapt. Tenk deg at elektronene i kabelen var kunder og at energi de hadde med seg var penger. Forestill deg nå at en linje på 100 kunder som suser ut av en bygning hver har $ 15, men alle må passere gjennom en smug (smuget er kabelen), og hver gang de støter på hverandre, mistet de $ 1 (energi tapt som varmeenergi). Tenk deg hvordan det ville være om det bare var 10 personer som hadde $ 150 og hvor mye mindre de ville tape.

Som direkte svar på det opprinnelige innlegget ser det ut til at alle dere har for komplisert hva svaret til spørsmålet hans egentlig er. Selv om den oppgitte informasjonen din er fantastisk å inkludere, virker spørsmålet ubesvart. E = IR Din forståelse av at en økning i spenning skal resultere i en økning i strømmen er riktig – bytt ut et 3v batteri i en enkel krets for en 9v, og du har også hoppet 3x strøm.

Høyspenning / lav strøm og omvendt er en TRANSFORMASJON av hva som allerede er der – du bytter ikke et batteri (eller noen spenningskilde) med et annet. En transformator fungerer på grunn av wattens lov: kraft er konstant (motstand er konstant i ohms lov) og effekt er strøm x spenning, eller «P = EI»

En endring i spenning er en omvendt endring i strøm, og omvendt, der kraften er bevart.

Det ser ut til at du har konseptualisering problemer, som jeg vil ta opp i svaret mitt.

Det er sant at (1) E = IR er en universell formel. Du må imidlertid forstå at det også kan uttrykkes som (2) R = E / I, og (3) I = E / R.

Ved å bruke skjema (2) vil jeg vise din nåværende forståelse av formelen. Hvis du gjør spenningen 10 ganger større (10E), for å holde motstanden den samme (uendret), må strømmen også øke 10 ganger R = E / I = 10E / 10I. Imidlertid kan jeg også øke spenningen og opprettholde den samme ved å øke motstanden 10 ganger I = E / R = 10E / 10R. Så , med skjema (3), kan jeg vise at det er mulig å øke spenningen (10E) uten å måtte øke strømmen (opprettholde strømmen «lav» (I)) .

Det høres ut som det er tre generelle svar på dette spørsmålet så langt. For å oppsummere:

1. Transformatorer er magiske. Når du introduserer transformatorer, gjelder ikke V = IR lenger, så det er greit å ha høy spenning og lav strøm fordi systemet ikke lenger er ohmisk. Systemet følger imidlertid transformatorligningen,

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

2. Kraftverket – kraftledning – mottakersystem kan modelleres i hovedsak som en enkelt motstandskrets (der kraftverk = batteri, kraftledninger = ledninger og mottaker = enkelt motstand). Dermed er det mottakerens motstand som betyr noe, og fordi motstanden har en tendens til å være høy i hele systemet overholder Ohms lov: høyspenning og høy motstand gir lav strøm

3. Det er en grunnleggende feiltolkning av Ohms lov som fungerer her. V i Ohms lov er ikke verdien av spenningen i systemet, det er spenningsfallet over en bestemt motstand eller et kretselement. En mindre slurvet måte å skrive Ohms lov kan være \ $ \ bigtriangleup V = IR \ $. Dermed følger kraftlinjer Ohms lov, og forvirringen kommer av det faktum at vi er slurvete på vårt språk. Så, en høyspenningsledning kan ha en spenning på 110kV i starten (i forhold til bakken) og 110kV – 2V på slutten, noe som gir et spenningsfall på \ $ \ bigtriangleup V = 2V \ $ over kraftledningens lengde. Kraftledningen har ganske lav motstand, så total motstand er lav, og så lavt spenningsfall og lav motstand gir lav strøm, i samsvar med Ohms lov. På denne måten er det helt greit å ha høye spenningsverdier og lav strøm i kraftledninger.

Av disse tre forklaringene er jeg tilbøyelig til å tro den tredje . Den første er bare en omformulering av ligningen, og gir oss ingen ekstra informasjon om den fysiske mekanismen eller logikken i situasjonen. Det andre er mulig, men virker som om det ville være for komplisert av det faktum at det faktisk er mange mottakere som trekker på kraftledninger, så det bør virkelig modelleres som en mye mer kompleks krets. Den tredje tillater oss å holde Ohms lov intakt mens vi også kvadrerer den bort med de andre relevante ligningene. til AC i stedet for DC.

Du kan også ha høy spenning og 0 strøm, hvis du bare kobler fra kretsen.