Hur är det möjligt att ha hög spänning och låg ström? Det verkar motsäga förhållandet mellan ström och spänning i E = IR

Du förväxlar ”högspänning” med ”högspänningsförlust”. Ohms lag reglerar förlust av spänning över ett motstånd för en given ström som passerar genom den. Eftersom strömmen är låg är spänningen förlust motsvarande låg.

Kommentarer

• Och av ” spänningsförlust ”, du menar ” spänning över komponenten ”.
• Nåväl om det ’ är sant (dvs. ohm ’ s lag som reglerar spänningsförlust) , det är mycket mer vettigt för mig nu. Men det skapar en annan fråga. När det gäller forumreglerna, ska jag bilda en ny fråga eller bara ställa den som en del av den här tråden?
• Nya frågor ska ha en ny fråga öppnad, men om den är relaterad till en annan fråga då att länka till den relaterade frågan är acceptabelt.

Du är förvirrad över konsumentbelastningen och motståndet hos kablarna.

Poängen är att strömmen är produkten av spänning och ström. För att överföra samma effekt till en konsumentlast kan du öka spänningen och minska strömmen.

Om ljuset i ditt hus behöver 100W, säg 10A vid 10V, kan detta överföras direkt från kraftverket .

Låt oss säga att kabeln mellan ditt hus och anläggningen har 10 Ohm. Om du sjunker 10A från anläggningen måste anläggningen tillhandahålla 110V: Vid 10A inträffar ett spänningsfall på 100V kabel plus den 10V du behöver. Det betyder att du förbrukar 100W medan kabeln slösar bort 1000W.

Nu kan vi säga att ditt hus får 1000V.

Naturligtvis , du behöver en transformator för att konvertera den levererade spänningen till den spänning som behövs av ljuset!

Strömmen som förbrukas från anläggningen är nu bara 0,1A.

Spänningen släpp på kabeln är nu bara 1V, vilket innebär 0,1W förlust för att driva ditt 100W-ljus. Det här är mycket bättre.

Poängen är användningen av transformatorn som gör det möjligt att omvandla spänningar och strömmar samtidigt som effekten bibehålls:

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

Kommentarer

• Jag antar att jag ’ bara har problem med att begreppsspänningen är potentiell energi.
• Nej, att ’ inte är poängen (och till och med fysiskt inte korrekt).Det är verkligen power = U*I, det faktum att höga strömmar i en kabel orsakar hög spänningsfall / strömförlust och att du behöver transformatorer.
• Jag tror att det ’ är mitt fel att du missförstår mig. Jag letade inte efter div div = ”2d6927d7b6”>

Ett ord: Motstånd . Kom ihåg att spänningen beräknas genom att multiplicera strömmen med motståndet. Du kan ha en hög potentialskillnad (vilket är vilken spänning är) och en låg ström helt enkelt genom att ha ett högt motstånd på plats för att blockera den strömmen.

Tänk på det som en vattenslang slås på med full sprängning, med en slangpistol fäst i änden. Slangpistolen fungerar som ett varierande motstånd som kontrolleras av användaren, så även om det finns hög potentialenergi i slangen (vattnet som vill strömma) är motståndet så stort att det rinner lite eller inget vatten. När användaren trycker på trigger, motståndet sänks tills vattnet rinner mer och mer.

Kommentarer

• Det verkar bara som om transformatorer skapar mer motstånd (eller impedans antar jag) , att det skulle orsaka en minskning av både spänning OCH ström (vilket gör utgången oanvändbar) … är det att strömmen redan är relativt hög och ” högspänning / låg ström ” förhållandet i kraftledningar är också allt relativt?

Din förvirring kommer av att du ”glömmer mottagarens motstånd. I grund och botten ser det ut så här:

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

Spänningen i ledningen ( eller kraftverk) är högt och ledarnas motstånd a är låg, så du tycker att strömmen ska vara hög. Rätt, men tänk nu på att mottagaren har ett mycket högt motstånd. Det är detta som gör att strömmen i denna krets är låg.

Så du har hög spänning och låg ström på grund av mottagarens höga motstånd mellan ledningarna. Det överensstämmer helt med Ohms lag: \ $ I = U / R \ $ och R är väldigt stor, så jag är liten.

I det här förenklade scenariot, om vi ökar kraftverkets spänning, måste vi också öka mottagarens motstånd, om vi vill hålla mottagarens effekt konstant.

I verkligheten går mottagare bakom transformatorer som omvandlar högspänning till låg (konstant t.ex. 230V i Europa). Så i ovanstående scenario när vi ökar spänningen i kraftverket, behöver vi bara byta transformatorer (deras motstånd) – inget behov av ändra mottagarens motstånd. Allt detta är transparent för slutanvändaren.

Detta förklarar hur det är möjligt att ha hög spänning och låg ström. Och varför är det bättre?

Kom ihåg formeln för kraft i förhållande till motstånd och ström – det är \ $ P = I ^ 2 * R \ $. Om du har en kabel som har något konstant motstånd R och sedan sänker du strömmen två gånger (genom att öka spänningen två gånger), minskar effekten som förloras i denna tråd 4 gånger. Det är därför det är bra att ha en hög spänning.

Kommentarer

• Inte en expert, men det känns som att detta är det direkta svaret till frågan

Kraftfördelningssystemet använder transformatorer för att trappa upp eller ner spänningen.

Transformatorer hanterar effekt (spänning gånger ström). Effekten som matas in i en transformator kommer att vara lika med den effekt som tas från transformatorn (försummar små förluster) så att vi kan beräkna spänningen och strömmen på varje sida av transformatorn med formeln

Vin x Iin = Vout x Iout

Med denna formel kan du se att om ingångsspänningen är 10 gånger utspänningen måste ingångsströmmen vara 1/10 av utgångsströmmen.

Kommentarer

• Med risk för förvirring lägger jag till ’ lite mer information: En transformator är också en impedansomvandlare. Impedansen för källa eller belastning går upp eller ner över en transformator i samma riktning som spänningen går upp eller ner, men impedansförhållandet är kvadrat medan spännings- och strömförhållandena är ” rak ”, jämfört med svängförhållandet.Anslut detta till Ohm ’ s lag för att se att det exakt kompenserar för att spänningen ändras i en riktning och strömmen ändras i motsatt riktning för att hålla effekten lika.
• Resultatet av allt detta är att ditt hus, när ” sett ” av högspänningsfördelningslinjerna genom ett steg- nedtransformator, verkar ha mycket högre impedans än vad den verkligen har, och det ’ är denna högre impedans som går in i Ohm ’ s lag för distributionslinjen. Således högre spänning, lägre ström.

Tja, vi kallar dem ”kraftledningar” för en anledning … det vi sänder är POWER. Och eftersom \ $ P = VI \ $ kan vi överföra samma mängd effekt vid \ $ 10.000 \ $ volt med en ström på \ $ 0.1 \ $ amp, eller vid $ 100 \ $ volt och \ $ 10 \ $ amp. ((\ $ 10.000 \ text {V} \ gånger 0.1 \ text {A} = 1000 \ text {Watt} \ $) motsvarar (\ $ 100 \ text {V} \ gånger 10 \ text {A} = 1000 \ text {Watts} \ $)).

Så ett kraftverk kan överföra samma mängd effekt (\ $ 1000 \ $ Watt i det här exemplet) med \ $ 10.000 \ $ Volt och bara en tiondels förstärkare, eller \ $ 100 \ $ Volt vid \ $ 10 \ $ Amps. Vad motiverar deras beslut då? Pengar. Förhållandet \ $ V = IR \ $ du nämnde bestämmer spänningsfallet över kablarna som överför effekt. Naturligtvis är dessa kablar utformade med så låg motståndskraft som möjligt, men motståndet kan inte elimineras. Kom ihåg att \ $ P = VI \ $, så ett spänningsfall leder till ett kraftfall. Varje kraftförlust längs överföringsledningarna är slöseri, och elföretaget förlorar pengar.

Observera också att när vi kombinerar dessa två ekvationer kan vi skriva effektekvationen som \ $ P = I ^ 2R \ $. Detta illustrerar att effektförlust är proportionell mot strömkvadraten för ett inställt motstånd. Så om kraftföretaget kan minska strömmen genom att höja spänningen är fördelen med den minskningen kvadratisk. Om du släpper strömmen med en faktor \ $ 100 \ $ (från \ $ 10 \ $ Amps ner till \ $ 0.1 \ $ Amps) minskar strömförlusten med en faktor på $ 10.000 \ $.

Ett sätt att titta på det är att fråga vad som finns i den andra änden av kraftledningen: en kund. Kunden inte köp ström eller spänning han / hon köper effekt (watt). Så om en kraftleverantör levererar en viss mängd ström kan de använda tunnare ledningar genom att höja spänningen och sänka strömmen för en viss mängd effekt.

Kommentarer

• Frågan ställer hur det ’ är möjligt, inte varför det ’ är klart.

Du säger ”det vill säga en ökning av spänningen ger en ökning av strömmen om motståndet förblir detsamma”. Det är korrekt förutom att högspänningskretsar använder högre belastningsmotstånd för en given effekt.

t.ex. 120 W, 120 V-lampa skulle dra 1 A. (I = P / V = 120/120 = 1. ) Motståndet (när det är varmt) skulle vara 120Ω. (R = V / I = 120/1 = 120.)

^{simulera denna krets – Schema skapad med CircuitLab}

En 120 W, 12 V-lampa skulle dra 10 A (I = P / V = 120/12 = 10). Motståndet (när det är varmt) skulle vara 1,2Ω (R = V / I = 12/10 = 1,2). Observera att att tappa spänningen med en faktor 10 kräver att strömmen ökar med en faktor 10 för att ge samma Observera också att motståndet minskade med 10² = 100!

Som din tarm sa till dig, om du ökar spänningen utan att öka motståndet ökar strömmen.

Om P = IV skulle det betyda att om V ökar måste jag minska. Till exempel: om P = 12 och V = 3 så måste jag vara 4. Men om du kliver upp V – kliver du ner till exempel: om V blev 8 skulle jag bli 1,5. En låg ström är nödvändig eftersom mindre energi går förlorad. Tänk dig att elektronerna i kabeln var shoppare och att energi de bar med var pengar. Föreställ dig nu att en rad med 100 shoppare som rusar ut ur en byggnad vardera bär $ 15 men alla måste passera genom en gränd (gränden är kabeln) och varje gång de stöter på varandra förlorade de $ 1 (energi förlorad som värmeenergi). Föreställ dig nu hur det skulle vara om det bara fanns 10 personer som bär $ 150 och hur mycket mindre de skulle förlora.

Som direkt svar på det ursprungliga inlägget verkar det som om ni alla har för komplicerat vad svaret till hans fråga verkligen är. Även om din information är bra att inkludera verkar frågan obesvarad. E = IR Din förståelse att en ökning av spänningen bör leda till en ökning av strömmen är korrekt – byt ut ett 3v-batteri i en enkel krets mot en 9v och du har också hoppat 3x ström.

Högspänning / låg ström och vice versa är en TRANSFORMATION av vad som redan är där – du byter inte ett batteri (eller någon spänningskälla) med ett annat. En transformator fungerar på grund av wattens lag: effekt är konstant (motstånd är konstant i ohms lag) och effekt är ström x spänning, eller ”P = EI”

En förändring i spänning är en invers förändring i ström och vice versa, där kraften bevaras.

Det verkar som om du har konceptualisering problem, som jag kommer att ta upp i mitt svar.

Det är sant att (1) E = IR är en universell formel. Du måste dock förstå att det också kan uttryckas som (2) R = E / I och (3) I = E / R.

Med hjälp av formulär (2) visar jag din nuvarande förståelse för formeln. Om du gör spänningen 10 gånger större (10E), för att hålla motståndet detsamma (oförändrat), måste strömmen också öka 10 gånger R = E / I = 10E / 10I. Men jag kan också öka spänningen och bibehålla strömmen densamma genom att öka motståndet 10 gånger I = E / R = 10E / 10R. Så , med form (3), kan jag visa att det är möjligt att öka spänningen (10E) utan att behöva öka strömmen (behålla strömmen ”låg” (I)) .

Det låter som om det hittills finns tre allmänna svar på denna fråga. Sammanfattningsvis:

1. Transformatorer är magiska. När du introducerar transformatorer gäller inte V = IR så det är bra att ha hög spänning och låg ström eftersom systemet inte längre är ohmiskt. Systemet följer dock transformatorekvationen,

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

2. Kraftverket – kraftledning – mottagarsystem kan modelleras i huvudsak som en enda motståndskrets (där kraftverk = batteri, kraftledningar = ledningar och mottagare = enda motstånd). Således är det mottagarens motstånd som betyder något, och eftersom det motståndet tenderar att vara högt i hela systemet följer Ohms lag: högspänning och högt motstånd ger låg ström

3. Det finns en grundläggande misstolkning av Ohms lag som fungerar här. V i Ohms lag är inte värdet på spänningen i systemet, det är spänningsfallet över ett visst motstånd eller kretselement. Ett mindre slarvigt sätt att skriva Ohms lag kan vara \ $ \ bigtriangleup V = IR \ $. Således följer kraftledningar Ohms lag, och förvirringen kommer från det faktum att vi är slarviga på vårt språk. Så, en högspänningsledning kan ha en spänning på 110kV i början (relativt jord) och 110kV – 2V i slutet, vilket ger ett spänningsfall på \ $ \ bigtriangleup V = 2V \ $ över kraftledningens längd. Kraftledningen har relativt låg resistivitet, så det totala motståndet är lågt, och så lågt spänningsfall och lågt motstånd ger låg ström, i enlighet med Ohms lag. På detta sätt är det helt bra att ha höga spänningsvärden och låg ström i kraftledningar.

Av dessa tre förklaringar är jag benägen att tro den tredje . Den första är bara en omvärdering av ekvationen och ger oss ingen extra information om den fysiska mekanismen eller logiken i situationen. Det andra är möjligt, men verkar som om det skulle vara alltför komplicerat av det faktum att det faktiskt finns många mottagare som drar på kraftledningar så det borde verkligen modelleras som en mycket mer komplex krets. Den tredje tillåter oss att hålla Ohms lag intakt samtidigt som vi kvadrerar den med andra relevanta ekvationer.

Allt detta sägs, detta är en förenklad modell av vad som pågår och ignorerar mer komplicerade effekter på grund av till växelström istället för likström.

Du kan också ha hög spänning och 0 ström om du bara kopplar bort kretsen.