Yüksek voltaj ve düşük akıma sahip olmak nasıl mümkün olur? E = IR'de akım ve gerilim arasındaki ilişkiyle çelişiyor gibi görünüyor

Farklı forumlar okudum ve (ders kitabı okumalarıma ek olarak) birkaç youtubes izledim ve açıklamalar yetersiz gibi görünüyor. Sorun, ilk olarak voltaj ve akım arasında doğrudan bir ilişki hakkında nasıl öğretildiğimize benziyor (yani, direnç aynı kalırsa voltajdaki bir artış akımda bir artışa neden oluyor) ve sonra yüksek voltajlı güç hatları hakkında bize öğretiliyor ve düşük akım (çünkü akıllıca, yüksek akım taşıyan kalın tellere ihtiyacımız olacaktır [bu, joule etkisi veya bir şey veya başka bir şey nedeniyle aşırı ısınma riski taşır.). Bu yüzden lütfen bana güç hatları için yüksek voltaj, düşük akımın gerekli olduğu altyapı nedenlerini açıklamayın. Sadece yüksek voltaj, düşük akımın nasıl mümkün olduğunu bilmem gerekiyor. Şimdiye kadar sadece DC okuyordum belki AC'nin beni aydınlatacak kuralları var ...

"Yüksek voltaj" ı "yüksek voltaj kaybı" ile karıştırıyorsunuz. Ohm Yasası, içinden geçen belirli bir akım için bir direnç boyunca voltaj kaybını yönetir . Akım düşük olduğundan, voltaj kaybı buna bağlı olarak düşüktür.

Tüketici yükü ve kabloların direnci konusunda kafanız karıştı.

Mesele şu ki, güç voltaj ve akımın ürünüdür. Aynı gücü bir tüketici yüküne iletmek için voltajı artırabilir ve akımı azaltabilirsiniz.

Evinizdeki ışığın 100W'a ihtiyacı varsa, örneğin 10V'de 10A, bu doğrudan elektrik santralinden aktarılabilir.

Evinizle bitki arasındaki kablonun 10 Ohm olduğunu varsayalım. Tesisden 10A batırırsanız, tesis 110V sağlamalıdır: 10A'da kabloda 100V'luk bir voltaj düşüşü ve ayrıca ihtiyacınız olan 10V oluşur. Bu, kablo 1000W harcarken 100W tükettiğiniz anlamına gelir.

Şimdi diyelim ki eviniz 1000V alıyor.

Tabii ki, verilen voltajı ışığın ihtiyaç duyduğu voltaja dönüştürmek için bir transformatöre ihtiyacınız var!

Fabrikadan tüketilen akım şimdi sadece 0.1A'dır.

Kablodaki voltaj düşüşü artık sadece 1V, yani 100W ışığınıza güç vermek için 0,1 W kaybı anlamına geliyor. Bu daha iyi.

Nokta, gücü korurken voltajları ve akımları dönüştürmeye izin veren transformatörün kullanılmasıdır:

Tek kelime: Direniş . Gerilimin, akım ile direnç çarpılarak hesaplandığını hatırlayın. Sadece bu akımı engellemek için yüksek bir dirence sahip olarak yüksek bir potansiyel farkına (voltajın ne olduğu) ve düşük bir akıma sahip olabilirsiniz.

Sonuna bir hortum tabancası takılıyken, tam patlamada açılan bir su hortumu gibi düşünün. Hortum tabancası, kullanıcı tarafından kontrol edilen değişken bir direnç görevi görür, bu nedenle hortumda yüksek potansiyel enerji olmasına rağmen (akmak isteyen su), direnç o kadar büyüktür ki çok az su akmaz veya hiç su akmaz. Kullanıcı tetiğe bastığında, su gittikçe akana kadar direnç düşer.

Güç dağıtım sistemi, voltajı yukarı veya aşağı doğru kademelendirmek için transformatörler kullanır.

Transformatörler Gücü yönetir (Gerilim süreleri Akım). Bir transformatöre beslenen güç, transformatörden alınan güce eşit olacaktır (küçük kayıpları ihmal ederek), böylece formülü kullanarak transformatörün her iki tarafındaki voltaj ve akımı hesaplayabiliriz

Vin x Iin = Vout x Iout

Bu formülü kullanarak, giriş voltajı çıkış voltajının 10 katı ise, giriş akımının çıkış akımının 1 / 10'u olması gerektiğini görebilirsiniz.

Karışıklıklarınız, alıcının direncini unuttuğunuz gerçeğinden kaynaklanıyor. Temelde şöyle görünür:

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

Teldeki (veya elektrik santralindeki) voltaj yüksektir ve tellerin dirençleri düşüktür, bu nedenle akımın yüksek olması gerektiğini düşünürsünüz. Doğru, ama şimdi alıcının çok yüksek bir dirence sahip olduğunu düşünün. Bu devrede akımı düşük yapan da budur.

Böylece alıcının teller arasındaki yüksek direnci nedeniyle yüksek voltaj ve düşük akıma sahipsiniz. Ohm yasası ile tamamen tutarlıdır:$I=U/R$ ve R çok büyük, bu yüzden küçük.

Bu basitleştirilmiş senaryoda, santralin voltajını arttırırsak, alıcının gücünü sabit tutmak istiyorsak, alıcının direncini de arttırmalıyız.

Gerçekte alıcılar yüksek voltajı düşük (örneğin Avrupa'da 230V) dönüştüren transformatörlerin arkasından geçmektedir. Bu nedenle, yukarıdaki senaryoda, elektrik santralindeki voltajı artırdığımızda, sadece transformatörleri (dirençlerini) değiştirmemiz gerekir - alıcının direncini değiştirmeye gerek yoktur. Bütün bunlar son kullanıcı için şeffaftır.

Bu, yüksek voltaj ve düşük akıma sahip olmanın nasıl mümkün olduğunu açıklar. Ve neden daha iyi?

Direnç ve akım ile ilgili güç formülünü hatırlayın - $P=I^2*R$. Sabit direnci R olan bir teliniz varsa ve daha sonra akımı 2 kez düşürürseniz (gerilimi 2 kez artırarak), bu telde kaybedilen güç 4 kez azalır. Bu yüzden yüksek bir voltaja sahip olmak iyidir.

Onlara bir sebepten ötürü "elektrik hatları" diyoruz ... ilettiğimiz şey GÜÇ. Dan beri$P=VI$, aynı miktarda gücü iletebiliriz $10,000$ akımı kullanarak volt $0.1$ amper veya $100$ volt ve $10$amper. (($10,000 \text{V} \times 0.1 \text{A} = 1000\text{ Watts}$), ($100\text{ V} \times 10\text{ A} = 1000\text{ Watts}$)).

Böylece bir elektrik santrali aynı miktarda enerji iletebilir ($1000$ Bu örnekteki watt) kullanarak $10,000$ Volt ve Amperin onda biri veya $100$ Volt $10$Amperi. Öyleyse kararlarını motive eden nedir? Para. $V=IR$bahsettiğiniz ilişki, güç ileten kablolar arasındaki voltaj düşüşünü belirler. Doğal olarak, bu kablolar mümkün olduğunca düşük dirençle tasarlanmıştır, ancak bu direnç ortadan kaldırılamaz. Hatırlamak$P=VI$Böylece voltajdaki bir düşüş, güçte bir düşüşe neden olur. İletim hatları boyunca herhangi bir güç kaybı israftır ve enerji şirketi para kaybeder.

Ayrıca, bu iki denklemi birleştirdiğimizde, güç denklemini şu şekilde yazabileceğimizi unutmayın: $P=I^2R$. Bu, güç kaybının belirli bir direnç için akımın KARE ile orantılı olduğunu gösterir. Enerji şirketi voltajı yükselterek akımı azaltabilirse, bu azalmanın yararı kareye düşer. Bu örnekte, akımı bir faktör kadar düşürmek$100$ (dan $10$ Amper aşağı $0.1$ Amper) güç kaybını $10,000$.

One way to look at it is to ask what's at the other end of the power-line: a customer. The customer doesn't buy current or voltage he/she buys power (watts). So, if a power supplier delivers a given amount of power they can use thinner wires by upping the voltage and lowering the current for a given amount of power.

"Yani, direnç aynı kalırsa voltajdaki bir artış akımda bir artış oluşturur" diyorsunuz. Yüksek voltaj devrelerinin belirli bir güç için daha yüksek yük dirençleri kullanması dışında bu doğrudur.

örneğin 120 W, 120 V ampul 1 A çeker. (I = P / V = ​​120/120 = 1) Direnci (sıcakken) 120Ω olur. (R = V / I = 120/1 = 120.)

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

120 W, 12 V'luk bir ampul 10 A çeker (I = P / V = ​​120/12 = 10). Direnci (sıcakken) 1.2Ω (R = V / I = 12/10 = 1.2) olacaktır. Gerilimi 10 faktör düşürmenin, aynı gücü vermek için akımın 10 faktör artmasını gerektirdiğini unutmayın. Ayrıca direncin 10² = 100 azaldığını unutmayın!

Bağırsağınızın size söylediği gibi, direnci arttırmadan voltajı artırırsanız, akım artar.

Eğer P = IV ise, V artarsa ​​azalmak zorunda kalacağım anlamına gelir. Örneğin: P = 12 ve V = 3 ise 4 olmalıydım. Ama V'ye basarsanız - aşağı inersiniz, örneğin: V 8 olursa, o zaman 1.5 olurum. Düşük bir akım gereklidir, çünkü daha az enerji kaybedilir. Kablodaki elektronların alışveriş olduğunu ve taşıdıkları enerjinin para olduğunu hayal edin. Şimdi bir binanın dışına çıkan 100 alışverişçinin her birinin 15 dolar taşıdığını düşünün, ancak hepsi bir geçitten (geçit olan kablo) geçmelidir ve birbirlerine her girdiklerinde 1 $ (ısı enerjisi olarak kaybedilen enerji) kaybetti. Şimdi 150 dolar taşıyan sadece 10 kişi olsaydı ve ne kadar az kaybedeceklerini düşünün.

Orijinal gönderiye doğrudan yanıt olarak, bana öyle geliyor ki, hepiniz sorunun cevabının gerçekte ne olduğunu çok fazla karmaşıklaştırdınız. Sağladığınız bilgilerin dahil edilmesi harika olsa da, soru cevapsız görünüyor. E = IR Voltajdaki bir artışın akımda bir artışla sonuçlanması gerektiğini anlayan doğru bir 3v pili 9v için basit bir devrede değiştirin ve 3x akım atladınız.

Yüksek voltaj / düşük akım ve bunun tersi, ZATEN orada olan bir DÖNÜŞÜMdür - bir pili (veya herhangi bir voltaj kaynağını) başka biriyle değiştirmezsiniz. Bir transformatör watt yasası nedeniyle çalışır: güç sabittir (ohm yasasında direnç sabittir) ve güç akım x voltajıdır veya "P = EI"

Voltajdaki bir değişiklik, akımda ters bir değişikliktir ve bunun tersi, gücün korunduğu yerdir.

Bana öyle geliyor ki cevabımda ele alacağım kavramsallaşma sorunları yaşıyorsun .

(1) E = IR'nin evrensel bir formül olduğu doğrudur. Bununla birlikte, bunun (2) R = E / I ve (3) I = E / R olarak da ifade edilebileceğini anlamalısınız.

Form (2) 'yi kullanarak, şu anki formülü anladığınızı göstereceğim. Gerilimi 10 kat daha fazla (10E) yaparsanız, direnci aynı tutmak (değişmeden) için akımın da 10 kat artması gerekecektir R = E / I = 10E / 10I. Bununla birlikte, direnci 10 kat I = E / R = 10E / 10R artırarak voltajı artırabilir ve akımı aynı tutabilirim. Böylece , form (3) ile, akımı artırmak zorunda kalmadan voltajı (10E) arttırmanın mümkün olduğunu gösterebilirim (akımı "düşük" (I) korumak) .

Bu soruya şu ana kadar üç genel cevap var gibi görünüyor. Özetlemek:

1. Transformatörler sihirlidir. Transformatörleri tanıttığınızda, V = IR artık uygulanmaz, bu nedenle sistem artık Ohmik olmadığı için yüksek voltaj ve düşük akıma sahip olmak iyidir. Ancak sistem transformatör denklemine uyuyor,

2. Enerji santrali - enerji hattı - alıcı sistemi temel olarak tek bir direnç devresi olarak modellenebilir (burada enerji santrali = pil, elektrik hatları = teller ve alıcı = tek direnç). Böylece, alıcının önemi olan dirençtir ve bu direnç yüksek olma eğilimi gösterdiğinden, tüm sistem Ohm yasasına uyar: yüksek voltaj ve yüksek direnç düşük akım üretir

3. Ohm yasasının burada işleyişinde temel bir yanlış yorum var. Ohm yasasındaki V, sistemdeki voltajın değeri değildir, belirli bir direnç veya devre elemanındaki voltaj düşüşüdür. Ohm yasasını yazmanın daha az özensiz bir yolu olabilir$\bigtriangleup V = I R$. Böylece güç hatları Ohm yasasına uyar ve karışıklık dilimize özensiz olduğumuz gerçeğinden kaynaklanır. Bu nedenle, yüksek voltajlı bir güç hattının başlangıçta 110kV (yere göre) voltajı ve sonunda 110kV - 2V voltajı olabilir.$\bigtriangleup V = 2V$güç hattının uzunluğu boyunca. Güç hattı oldukça düşük dirençlidir, bu nedenle toplam direnç düşüktür ve bu nedenle Ohm yasasına göre düşük voltaj düşüşü ve düşük direnç düşük akım sağlar. Bu şekilde, güç hatlarında yüksek voltaj değerlerine ve düşük akıma sahip olmak tamamen iyidir.

Bu üç açıklamadan, üçüncü açıklamaya inanmaya meyilliyim. Birincisi sadece denklemin yeniden ifadesidir ve bize fiziksel mekanizma veya durumun mantığı hakkında fazladan bilgi vermez. İkincisi mümkündür, ancak aslında güç hatlarında çizim yapan çok sayıda alıcı olması nedeniyle aşırı derecede karmaşık görünmektedir, bu yüzden gerçekten çok daha karmaşık bir devre olarak modellenmelidir. Üçüncüsü, diğer ilgili denklemlerle de kargaşa ederken Ohm yasasını sağlam tutmamızı sağlar.

Tüm söylenenler, bu, DC yerine AC nedeniyle daha karmaşık etkileri göz ardı eden şeyin basitleştirilmiş bir modelidir.

Devrenin bağlantısını keserseniz, yüksek voltaj ve 0 akıma da sahip olabilirsiniz.