Wie ist es möglich, hohe Spannung und niedrigen Strom zu haben? Es scheint der Beziehung zwischen Strom und Spannung in E = IR

Sie verwechseln „Hochspannung“ mit „Hochspannungsverlust“. Das Ohmsche Gesetz regelt den Verlust der Spannung über einem Widerstand für einen bestimmten Strom, der durch ihn fließt. Da der Strom niedrig ist, ist der Spannungsverlust entsprechend gering.

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• Und durch “ Spannungsverlust „, Sie meinen “ Spannung über der Komponente „.
• Nun, wenn das ‚ wahr ist (dh Ohm ‚ Gesetz über den Spannungsverlust) macht es für mich jetzt viel mehr Sinn. Dies wirft jedoch eine andere Frage auf. Soll ich nach den Regeln des Forums eine neue Frage bilden oder sie nur als Teil dieses Threads stellen?
• Bei neuen Fragen sollte eine neue Frage geöffnet werden, aber wenn sie mit einer anderen Frage zusammenhängt, dann Das Verknüpfen mit dieser verwandten Frage ist akzeptabel.

Sie sind verwirrt über die Verbraucherbelastung und den Widerstand von die Kabel.

Der Punkt ist, dass Leistung das Produkt von Spannung und Strom ist. Um die gleiche Leistung an eine Verbraucherlast zu übertragen, können Sie die Spannung erhöhen und den Strom verringern.

Wenn das Licht in Ihrem Haus 100 W benötigt, z. B. 10 A bei 10 V, kann dies direkt vom Kraftwerk übertragen werden

Nehmen wir an, das Kabel zwischen Ihrem Haus und der Anlage hat 10 Ohm. Wenn Sie 10 A aus der Anlage versenken, muss die Anlage 110 V liefern: Bei 10 A tritt ein Spannungsabfall von 100 V auf Kabel plus die 10 V, die Sie benötigen. Dies bedeutet, dass Sie 100 W verbrauchen, während das Kabel 1000 W verschwendet.

Nehmen wir nun an, Ihr Haus empfängt 1000 V.

Natürlich benötigen Sie einen Transformator, um die gelieferte Spannung in die vom Licht benötigte Spannung umzuwandeln!

Der von der Anlage verbrauchte Strom beträgt jetzt nur noch 0,1 A.

Die Spannung Der Abfall am Kabel beträgt jetzt nur noch 1 V, was einen Verlust von 0,1 W für die Stromversorgung Ihres 100-W-Lichts bedeutet. Dies ist viel besser.

Der Punkt ist die Verwendung des Transformators, der es ermöglicht, Spannungen und Ströme unter Beibehaltung der Leistung umzuwandeln:

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

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• Ich glaube, ich ‚ habe nur Probleme, die Spannung als zu konzipieren potenzielle Energie.
• Nein, das ‚ ist nicht der Punkt (und sogar physikalisch nicht korrekt).Es ist wirklich power = U*I, die Tatsache, dass hohe Ströme in einem Kabel einen hohen Spannungsabfall / Leistungsverlust verursachen und dass Sie Transformatoren benötigen.
• Ich denke, es ist ‚ ist meine Schuld, dass Sie mich falsch verstehen. Ich habe nicht ‚ nach den Vorteilen von Hochspannung und geringem Strom für Stromleitungen gesucht. Das habe ich schon verstanden. Ich suchte nach Möglichkeiten, den Druck (Spannung) zu erzeugen, ohne dass die Geschwindigkeit der Elektronen (Strom) zunimmt (und die Drähte dadurch überhitzen und schmelzen). Wenn Sie sagen, dass es falsch ist, Spannung als potentielle Energie zu betrachten, ‚ widerspricht einer weitreichenden didaktischen Tradition (weil diese Analogie viel gemacht wird), aber ich ‚ Ich bin definitiv daran interessiert zu hören, warum Sie sagen, dass es nicht korrekt ist.
• @MountainScott durch Erhöhen des Widerstands (am Ende des Kabels, nicht des Widerstands des Kabels) selbst, die nur Energie verschwenden würde)

Ein Wort: Widerstand . Denken Sie daran, dass die Spannung berechnet wird, indem der Strom mit dem Widerstand multipliziert wird. Sie können eine hohe Potentialdifferenz (was Spannung ist) und einen niedrigen Strom haben, indem Sie einfach einen hohen Widerstand einsetzen, um diesen Strom zu blockieren.

Denken Sie daran Wie ein Wasserschlauch, der auf Hochtouren eingeschaltet ist und an dessen Ende eine Schlauchpistole angebracht ist. Die Schlauchpistole wirkt als variierender Widerstand, der vom Benutzer gesteuert wird. Obwohl sich im Schlauch ein hohes Energiepotential befindet (das Wasser möchte fließen), ist der Widerstand so groß, dass nur wenig bis gar kein Wasser fließt. Wenn der Benutzer auf den drückt Auslöser, der Widerstand verringert sich, bis mehr und mehr Wasser fließt.

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• Es scheint nur so, als ob Transformatoren mehr Widerstand (oder Impedanz, nehme ich an) , dass dies zu einer Abnahme sowohl der Spannung als auch des Stroms führen würde (was den Ausgang unbrauchbar macht) … ist, dass der Strom bereits relativ hoch ist und die “ hohe Spannung / niedriger Strom “ Beziehung in Stromleitungen ist ebenfalls relativ?

Ihre Verwirrung rührt von der Tatsache her, dass Sie den Widerstand des Empfängers „vergessen“. Grundsätzlich sieht es so aus:

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

Die Spannung im Kabel ( oder Kraftwerk) ist hoch und die Widerstände der Drähte a sind niedrig, so dass Sie denken, dass der Strom hoch sein sollte. Richtig, aber jetzt bedenken Sie, dass der Empfänger einen sehr hohen Widerstand hat. Dies macht den Strom in dieser Schaltung niedrig.

Sie haben also eine hohe Spannung und einen niedrigen Strom aufgrund des hohen Widerstands des Empfängers zwischen den Drähten. Es stimmt völlig mit dem Ohmschen Gesetz überein: \ $ I = U / R \ $ und R ist sehr groß, also bin ich klein.

In diesem vereinfachten Szenario müssen wir, wenn wir die Spannung des Kraftwerks erhöhen, auch den Widerstand des Empfängers erhöhen, wenn wir die Leistung des Empfängers konstant halten möchten.

In der Realität laufen Empfänger hinter Transformatoren, die Hochspannung in Niederspannung umwandeln (konstant, z. B. 230 V in Europa). Wenn wir also im obigen Szenario die Spannung im Kraftwerk erhöhen, müssen wir nur die Transformatoren (ihren Widerstand) wechseln – das ist nicht erforderlich Ändern Sie den Widerstand des Empfängers. All dies ist für den Endbenutzer transparent.

Dies erklärt, wie es möglich ist, hohe Spannung und niedrigen Strom zu haben. Und warum ist es besser?

Denken Sie an die Formel für Leistung in Bezug auf Widerstand und Strom – es ist \ $ P = I ^ 2 * R \ $. Wenn Sie ein Kabel mit einem konstanten Widerstand R haben und dann den Strom zweimal senken (indem Sie die Spannung zweimal erhöhen), verringert sich der Leistungsverlust in diesem Kabel um das Vierfache. Deshalb ist es gut, eine Hochspannung zu haben.

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• Kein Experte, aber es scheint, dass dies die direkte Antwort ist auf die Frage

Das Stromverteilungssystem verwendet Transformatoren, um die Spannung zu erhöhen oder zu verringern.

Transformatoren verarbeiten Leistung (Spannung mal Strom). Die in einen Transformator eingespeiste Leistung entspricht der vom Transformator aufgenommenen Leistung (unter Vernachlässigung kleiner Verluste), sodass wir die Spannung und den Strom auf jeder Seite des Transformators mit der Formel

Vin x Iin = Vout berechnen können x Iout

Mit dieser Formel können Sie sehen, dass der Eingangsstrom 1/10 des Ausgangsstroms betragen muss, wenn die Eingangsspannung das 10-fache der Ausgangsspannung beträgt.

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• Auf die Gefahr von Verwirrung hin füge ich ‚ weitere Informationen hinzu: Ein Transformator ist auch ein Impedanzwandler. Die Impedanz der Quelle oder Last steigt oder fällt über einen Transformator in der gleichen Richtung wie die Spannung steigt oder fällt, aber das Impedanzverhältnis wird quadriert, während die Spannungs- und Stromverhältnisse “ sind gerade “ im Vergleich zum Windungsverhältnis.Stecken Sie dies in das Gesetz von Ohm ‚, um zu sehen, dass es die Spannungsänderung in eine Richtung und den Strom in die entgegengesetzte Richtung genau ausgleicht, um die Leistung gleich zu halten
• Das Ergebnis all dessen ist, dass Ihr Haus, wenn “ “ von den Hochspannungsverteilungsleitungen durch einen Schritt gesehen wird Der Abwärtstransformator scheint eine viel höhere Impedanz zu haben als er tatsächlich hat, und ‚ ist diese höhere Impedanz, die in das Gesetz von Ohm ‚ geht für die Verteilungsleitung. Also höhere Spannung, niedrigerer Strom.

Nun, wir nennen sie „Stromleitungen“ für a Grund … was wir übertragen, ist KRAFT. Und da \ $ P = VI \ $ ist, können wir die gleiche Leistung bei \ $ 10.000 \ $ Volt mit einem Strom von \ $ 0.1 \ $ Ampere oder bei \ $ 100 \ $ Volt und \ $ 10 \ $ Ampere übertragen. ((\ $ 10.000 \ Text {V} \ mal 0,1 \ Text {A} = 1000 \ Text {Watt} \ $) entspricht (\ $ 100 \ Text {V} \ mal 10 \ Text {A} = 1000 \ Text {Watt} \ $)).

Ein Kraftwerk kann also dieselbe Energiemenge (in diesem Beispiel \ $ 1000 \ $ Watt) mit \ $ 10.000 \ $ Volt und nur einem Zehntel Ampere übertragen. oder \ $ 100 \ $ Volt bei \ $ 10 \ $ Ampere. Was motiviert dann ihre Entscheidung? Geld. Die von Ihnen erwähnte Beziehung \ $ V = IR \ $ bestimmt den Spannungsabfall an den Kabeln, die Strom übertragen. Natürlich sind diese Kabel mit einem möglichst geringen Widerstand ausgelegt, aber dieser Widerstand kann nicht beseitigt werden. Denken Sie daran, dass \ $ P = VI \ $ ist, sodass ein Spannungsabfall zu einem Leistungsabfall führt. Jeder Stromausfall entlang der Übertragungsleitungen ist Verschwendung, und das Energieversorgungsunternehmen verliert Geld.

Beachten Sie auch, dass wir beim Kombinieren dieser beiden Gleichungen die Leistungsgleichung als \ $ P = I ^ 2R \ schreiben können $. Dies zeigt, dass der Leistungsverlust für einen eingestellten Widerstand proportional zum Quadrat des Stroms ist. Wenn das Energieversorgungsunternehmen den Strom durch Erhöhen der Spannung reduzieren kann, ist der Vorteil dieser Reduzierung quadratisch. In diesem Beispiel verringert das Verringern des Stroms um einen Faktor von \ $ 100 \ $ (von \ $ 10 \ $ Ampere auf \ $ 0.1 \ $ Ampere) den Leistungsverlust um einen Faktor von \ $ 10.000 \ $.

Eine Möglichkeit, dies zu betrachten, besteht darin, zu fragen, was am anderen Ende der Stromleitung steht: ein Kunde. Der Kunde tut dies nicht Strom oder Spannung kaufen kauft er / sie Strom (Watt). Wenn ein Stromversorger eine bestimmte Strommenge liefert, kann er dünnere Drähte verwenden, indem er die Spannung erhöht und den Strom für eine bestimmte Strommenge senkt.

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• Die Frage fragt, wie es ‚ möglich ist, nicht warum es ‚ gemacht wird.

Sie sagen: „Das heißt, eine Erhöhung der Spannung führt zu einer Erhöhung des Stroms, wenn der Widerstand gleich bleibt.“ Das ist richtig, außer dass Schaltkreise mit höherer Spannung höhere Lastwiderstände für eine gegebene Leistung verwenden.

z. B. 120 W, 120 V-Lampe würde 1 A ziehen. (I = P / V = 120/120 = 1. ) Der Widerstand (wenn er heiß ist) würde 120 Ω betragen. (R = V / I = 120/1 = 120.)

^{simuliert diese Schaltung – Schema erstellt mit CircuitLab}

Eine Lampe mit 120 W und 12 V würde 10 A ziehen (I = P / V = 120/12 = 10). Der Widerstand (wenn er heiß ist) würde 1,2 Ω betragen (R = V / I = 12/10 = 1,2). Beachten Sie, dass zum Verringern der Spannung um den Faktor 10 der Strom um den Faktor 10 erhöht werden muss, um dasselbe zu erhalten Beachten Sie auch, dass der Widerstand um 10² = 100 abgenommen hat!

Wie Sie erfahren haben, steigt der Strom, wenn Sie die Spannung erhöhen, ohne den Widerstand zu erhöhen.

Wenn P = IV, würde dies bedeuten, dass ich abnehmen müsste, wenn V zunimmt. Zum Beispiel: Wenn P = 12 und V = 3, müsste ich sei 4. Aber wenn du V erhöhst – du trittst I zum Beispiel herunter: Wenn V 8 wird, werde ich 1,5. Ein niedriger Strom ist notwendig, weil weniger Energie verloren geht. Stellen Sie sich vor, die Elektronen im Kabel wären Käufer und die Energie, die sie trugen, war Geld. Stellen Sie sich nun eine Reihe von 100 Käufern vor, die aus einem Gebäude stürmen und jeweils 15 US-Dollar tragen, aber alle müssen durch eine Gasse (die Gasse ist das Kabel) gehen, und jedes Mal, wenn sie aufeinander stoßen, verlieren sie 1 US-Dollar (Energie) als Wärmeenergie verloren). Stellen Sie sich nun vor, wie es wäre, wenn nur 10 Personen 150 Dollar bei sich hätten und wie viel weniger sie verlieren würden.

Als direkte Antwort auf den ursprünglichen Beitrag scheint es mir, dass Sie alle die Antwort zu kompliziert haben zu seiner frage ist das wirklich. Obwohl es großartig ist, Ihre bereitgestellten Informationen aufzunehmen, scheint die Frage unbeantwortet zu sein. E = IR Ihr Verständnis, dass eine Erhöhung der Spannung zu einer Erhöhung des Stroms führen sollte, ist richtig – tauschen Sie eine 3-V-Batterie in einem einfachen Stromkreis gegen eine 9-V-Batterie aus, und Sie haben auch den 3-fachen Strom gesprungen.

Hochspannung / Niedrigstrom und umgekehrt ist eine TRANSFORMATION dessen, was BEREITS vorhanden ist – Sie tauschen keine Batterie (oder eine Spannungsquelle) gegen eine andere aus. Ein Transformator arbeitet nach dem Wattschen Gesetz: Die Leistung ist konstant (der Widerstand ist im Ohmschen Gesetz konstant) und die Leistung ist Strom x Spannung oder „P = EI“

Eine Spannungsänderung ist umgekehrt Stromänderung und umgekehrt, wo Strom gespart wird.

Mir scheint, Sie haben Konzeptualisierung Probleme, auf die ich in meiner Antwort eingehen werde.

Es ist wahr, dass (1) E = IR eine universelle Formel ist. Sie müssen jedoch verstehen, dass es auch ausgedrückt werden kann als (2) R = E / I und (3) I = E / R.

Mit Formular (2) zeige ich Ihren Strom Verständnis der Formel. Wenn Sie die Spannung 10-mal größer machen (10E), muss der Strom ebenfalls 10-mal ansteigen, um den Widerstand gleich zu halten (unverändert). R = E / I = 10E / 10I. Ich kann jedoch auch die Spannung erhöhen und den Strom gleich halten, indem ich den Widerstand um das 10-fache von I = E / R = 10E / 10R erhöhe. Also kann ich mit Form (3) zeigen, dass Es ist möglich, die Spannung (10E) zu erhöhen, ohne den Strom erhöhen zu müssen (den Strom „niedrig“ (I) halten). .

Es scheint, als gäbe es bisher drei allgemeine Antworten auf diese Frage. Zusammenfassend:

1. Transformatoren sind magisch. Sobald Sie Transformatoren eingeführt haben, gilt V = IR nicht mehr, daher ist es in Ordnung, hohe Spannung und niedrigen Strom zu haben, da das System nicht mehr ohmsch ist. Das System befolgt jedoch die Transformatorgleichung

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

2. Das Kraftwerk – Stromleitung – Empfängersystem kann im Wesentlichen als Einzelwiderstandsschaltung modelliert werden (wobei Kraftwerk = Batterie, Stromleitungen = Drähte und Empfänger = Einzelwiderstand). Daher ist es der Widerstand des Empfängers, der zählt, und weil dieser Widerstand im gesamten System tendenziell hoch ist gehorcht dem Ohmschen Gesetz: Hochspannung und hoher Widerstand ergeben niedrigen Strom

3. Hier liegt eine grundlegende Fehlinterpretation des Ohmschen Gesetzes vor. Das V im Ohmschen Gesetz ist nicht der Wert der Spannung im System, sondern der Spannungsabfall an einem bestimmten Widerstand oder Schaltungselement. Eine weniger schlampige Art, das Ohmsche Gesetz zu schreiben, könnte \ $ \ bigtriangleup V = IR \ $ sein. Stromleitungen gehorchen also dem Ohmschen Gesetz, und die Verwirrung ergibt sich aus der Tatsache, dass wir in unserer Sprache schlampig sind. Eine Hochspannungsleitung kann am Anfang eine Spannung von 110 kV (relativ zur Masse) und am Ende eine Spannung von 110 kV – 2 V haben, was einen Spannungsabfall von \ $ \ bigtriangleup V = 2V \ $ über die Länge der Stromleitung ergibt. Die Stromleitung hat einen ziemlich niedrigen spezifischen Widerstand, so dass der Gesamtwiderstand niedrig ist und daher ein geringer Spannungsabfall und ein niedriger Widerstand gemäß dem Ohmschen Gesetz einen geringen Strom ergeben. Auf diese Weise ist es völlig in Ordnung, hohe Spannungswerte und niedrigen Strom in Stromleitungen zu haben.

Von diesen drei Erklärungen neige ich dazu, der dritten zu glauben . Das erste ist nur eine Wiederholung der Gleichung und gibt uns keine zusätzlichen Informationen über den physikalischen Mechanismus oder die Logik der Situation. Das zweite ist möglich, scheint aber durch die Tatsache, dass es tatsächlich viele Empfänger gibt, die auf Stromleitungen basieren, übermäßig kompliziert zu sein, so dass es wirklich als eine viel komplexere Schaltung modelliert werden sollte. Das dritte erlaubt es uns, das Ohmsche Gesetz intakt zu halten und es gleichzeitig mit den anderen relevanten Gleichungen zu quadrieren.

Abgesehen davon ist dies ein vereinfachtes Modell dessen, was passiert, wenn kompliziertere Effekte ignoriert werden zu Wechselstrom anstelle von Gleichstrom.

Sie können auch Hochspannung und 0 Strom haben, wenn Sie einfach den Stromkreis trennen.