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

Ich habe verschiedene Foren gelesen und ein paar Youtubes gesehen (zusätzlich zu meinen Lehrbuchlesungen) und die Erklärungen scheinen zu kurz zu kommen. Das Problem scheint zu sein, wie wir zuerst über eine direkte Beziehung zwischen Spannung und Strom unterrichtet werden (dh eine Erhöhung der Spannung führt zu einer Erhöhung des Stroms, wenn der Widerstand gleich bleibt), und dann über Stromleitungen mit hoher Spannung und niedriger Strom (weil wir sonst dicke Drähte benötigen würden, die hohen Strom führen [was die Gefahr einer Überhitzung aufgrund des Joule-Effekts oder so etwas birgt ..). Erklären Sie mir daher bitte nicht die infrastrukturellen Gründe, warum für Stromleitungen Hochspannung und niedriger Strom erforderlich sind. Ich muss nur wissen, wie hohe Spannung und niedriger Strom überhaupt möglich sind. Ich habe bisher nur DC studiert, vielleicht hat AC Regeln, die mich aufklären würden ...

Sie verwechseln "Hochspannung" mit "Hochspannungsverlust". Das Ohmsche Gesetz regelt den Verlust von Spannung über einen Widerstand für einen gegebenen Strom , der durch sie. Da der Strom niedrig ist, der Spannungsverlust ist entsprechend gering.

Sie sind verwirrt über die Verbraucherlast und den Widerstand der 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.

Angenommen, das Kabel zwischen Ihrem Haus und der Anlage hat 10 Ohm. Wenn Sie 10 A aus der Anlage versenken, muss die Anlage 110 V bereitstellen: Bei 10 A tritt ein Spannungsabfall von 100 V am Kabel zuzüglich der von Ihnen benötigten 10 V auf. Dies bedeutet, dass Sie 100 W verbrauchen, während das Kabel 1000 W verschwendet.

Nehmen wir an, Ihr Haus empfängt 1000V.

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 0,1A.

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

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

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 die Spannung ist) und einen niedrigen Strom haben , indem Sie einfach einen hohen Widerstand einsetzen, um diesen Strom zu blockieren.

Stellen Sie sich das wie einen Wasserschlauch vor, 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 der Schlauch ein hohes Energiepotential aufweist (das Wasser möchte fließen), ist der Widerstand so groß, dass nur wenig bis gar kein Wasser fließt. Wenn der Benutzer den Abzug drückt, verringert sich der Widerstand, bis immer mehr Wasser fließt.

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 anhand der Formel berechnen können

Vin x Iin = Vout 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.

Ihre Verwirrung kommt von der Tatsache, dass Sie den Widerstand des Empfängers vergessen. Im Grunde sieht es so aus:

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

Die Spannung im Kabel (oder Kraftwerk) ist hoch und die Widerstände der Kabel sind niedrig, sodass Sie der Meinung sind, 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.

$I=U/R$

Wenn wir in diesem vereinfachten Szenario die Spannung des Kraftwerks erhöhen, müssen wir 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) ändern - keine Notwendigkeit, den Widerstand des Empfängers zu ändern. 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?

$P=I^2*R$

$P=VI$$10,000$$0.1$$100$$10$$10,000 \text{V} \times 0.1 \text{A} = 1000\text{ Watts}$$100\text{ V} \times 10\text{ A} = 1000\text{ Watts}$

$1000$$10,000$$100$$10$$V=IR$$P=VI$

$P=I^2R$$100$$10$$0.1$$10,000$

Eine Möglichkeit, es zu betrachten, besteht darin, zu fragen, was sich am anderen Ende der Stromleitung befindet: ein Kunde. Der Kunde kauft weder Strom noch Spannung, er kauft 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.

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

zB 120 W, 120 V Glühlampe würde 1 A ziehen. (I = P / V = ​​120/120 = 1.) Der Widerstand (wenn heiß) wäre 120 Ω. (R = V / I = 120/1 = 120.)

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Eine 120 W, 12 V Glühlampe 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 beim Verringern der Spannung um den Faktor 10 der Strom um den Faktor 10 erhöht werden muss, um die gleiche Leistung zu erzielen. Beachten Sie auch, dass der Widerstand um 10² = 100 abgenommen hat!

Wie Ihr Darm Ihnen sagte, erhöht sich 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, dann müsste ich 4 sein. Aber wenn Sie V erhöhen - Sie verringern I zum Beispiel: Wenn V 8 wird, werde ich 1,5. Ein geringer Strom ist notwendig, da weniger Energie verloren geht. Stellen Sie sich vor, die Elektronen im Kabel waren Käufer und die Energie, die sie trugen, war Geld. Stellen Sie sich nun vor, eine Reihe von 100 Käufern, die aus einem Gebäude stürmen, tragen jeweils 15 US-Dollar, aber alle müssen durch eine Gasse (die Gasse ist das Kabel) gehen, und jedes Mal, wenn sie aufeinander stoßen, verlieren sie 1 US-Dollar (Energieverlust als Wärmeenergie). 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 zu kompliziert haben, wie die Antwort auf seine Frage wirklich lautet. 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 / niedriger Strom 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 Watt'schen 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 eine inverse Stromänderung und umgekehrt, wenn Strom gespart wird.

Es scheint mir, dass Sie Probleme mit der Konzeptualisierung haben , 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 Ihr aktuelles 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 , mit der Form (3), ich bin in der Lage zu zeigen , dass es möglich ist , die Spannung (10E) zu erhöhen , ohne den Strom zu erhöhen (Beibehaltung des derzeitigen „low“ (I)) .

Es hört sich so an, als gäbe es bisher drei allgemeine Antworten auf diese Frage. Zusammenfassen:

1. Transformatoren sind Magie. Sobald Sie Transformatoren einführen, 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,

2. Das Kraftwerk - Stromleitung - Empfängersystem kann im Wesentlichen als Einzelwiderstandsschaltung modelliert werden (wobei Kraftwerk = Batterie, Stromleitungen = Drähte und Empfänger = Einzelwiderstand). Daher ist der Widerstand des Empfängers von Bedeutung, und da dieser Widerstand tendenziell hoch ist, folgt das gesamte System dem Ohmschen Gesetz: Hochspannung und hoher Widerstand ergeben einen geringen Strom

3. $\bigtriangleup V = I R$$\bigtriangleup V = 2V$über die Länge der Stromleitung. 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 vor sich geht, wobei kompliziertere Effekte aufgrund von Wechselstrom anstelle von Gleichstrom ignoriert werden.

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