Come è possibile avere alta tensione e bassa corrente? Sembra contraddire la relazione tra corrente e tensione in E = IR

Ho letto diversi forum e ho guardato alcuni YouTube (oltre alle letture del mio libro di testo) e le spiegazioni sembrano non essere all'altezza. Il problema sembra essere il modo in cui ci viene insegnato per la prima volta una relazione diretta tra tensione e corrente (ovvero, un aumento della tensione rende un aumento della corrente se la resistenza rimane la stessa) e quindi ci viene insegnato sulle linee elettriche che hanno alta tensione e bassa corrente (perché in altri casi avremmo bisogno di fili spessi che trasportano alta corrente [che correrebbe il rischio di surriscaldamento a causa dell'effetto joule o qualcosa o altro ..). Quindi, per favore, non spiegarmi i motivi infrastrutturali per cui per le linee elettriche sono necessarie alta tensione e bassa corrente. Devo solo sapere quanto è possibile anche l'alta tensione e la bassa corrente. Finora ho studiato solo DC, quindi forse AC ha delle regole che mi illuminerebbero ...

Stai confondendo "alta tensione" con "perdita di alta tensione". La legge di Ohm regola la perdita di tensione attraverso una resistenza per una data corrente che la attraversa. Poiché la corrente è bassa, la perdita di tensione è di conseguenza bassa.

Sei confuso riguardo al carico del consumatore e alla resistenza dei cavi.

Il punto è che la potenza è il prodotto di tensione e corrente. Per trasmettere la stessa potenza a un carico di consumo, è possibile aumentare la tensione e diminuire la corrente.

Se la luce nella tua casa ha bisogno di 100 W, ad esempio 10 A a 10 V, questo può essere trasferito direttamente dalla centrale elettrica.

Diciamo che il cavo tra la tua casa e la pianta ha 10 Ohm. Se affondi 10A dall'impianto, l'impianto deve fornire 110 V: a 10 A, si verifica una caduta di tensione di 100 V sul cavo, più i 10 V necessari. Ciò significa che si consumano 100 W mentre il cavo spreca 1000 W.

Ora, supponiamo che la tua casa riceva 1000V.

Naturalmente, hai bisogno di un trasformatore per convertire la tensione erogata nella tensione necessaria alla luce!

La corrente consumata dall'impianto ora è solo di 0,1 A.

La caduta di tensione sul cavo ora è solo 1V, il che significa una perdita di 0,1 W per alimentare la tua luce da 100 W. È molto meglio

Il punto è l'uso del trasformatore che consente di convertire tensioni e correnti mantenendo la potenza:

Una sola parola: resistenza . Ricordiamo che la tensione viene calcolata moltiplicando la corrente per la resistenza. Puoi avere un'alta differenza potenziale (che è la tensione) e una bassa corrente , semplicemente avendo un'alta resistenza in atto per bloccare quella corrente.

Pensalo come un tubo dell'acqua acceso a tutta forza, con una pistola per tubi fissata all'estremità. L'aerografo agisce come una resistenza variabile controllata dall'utente, quindi anche se c'è un'alta energia potenziale nel tubo (l'acqua che vuole fluire), la resistenza è così grande che scorre poco o niente. Quando l'utente preme il grilletto, la resistenza si abbassa fino a quando l'acqua scorre sempre di più.

Il sistema di distribuzione dell'alimentazione utilizza trasformatori per aumentare o diminuire la tensione.

I trasformatori gestiscono la potenza (tensione per la corrente). La potenza immessa in un trasformatore sarà uguale alla potenza prelevata dal trasformatore (trascurando le piccole perdite) in modo da poter calcolare la tensione e la corrente su ciascun lato del trasformatore utilizzando la formula

Vin x Iin = Vout x Iout

Usando questa formula, puoi vedere che se la tensione di ingresso è 10 volte la tensione di uscita, la corrente di ingresso deve essere 1/10 della corrente di uscita.

La tua confusione deriva dal fatto che ti stai dimenticando della resistenza del ricevitore. Fondamentalmente sembra così:

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

La tensione nel filo (o nella centrale elettrica) è alta e le resistenze dei fili sono basse, quindi pensi che la corrente dovrebbe essere alta. Bene, ma ora considera che il ricevitore ha una resistenza molto alta. Questo è ciò che rende bassa la corrente in questo circuito.

Quindi hai alta tensione e bassa corrente a causa dell'alta resistenza del ricevitore tra i fili. È totalmente coerente con la legge di Ohm: e R è molto grande, quindi sono piccolo.$I=U/R$

In questo scenario semplificato se aumentiamo la tensione della centrale, dobbiamo anche aumentare la resistenza del ricevitore, se vogliamo mantenere costante la potenza del ricevitore.

In realtà i ricevitori funzionano dietro trasformatori che convertono l'alta tensione in bassa (costante ad es. 230 V in Europa). Quindi, nello scenario sopra, quando aumentiamo la tensione nella centrale elettrica, allora dobbiamo solo cambiare i trasformatori (la loro resistenza) - non è necessario cambiare la resistenza del ricevitore. Tutto ciò è trasparente per l'utente finale.

Questo spiega come è possibile avere alta tensione e bassa corrente. E perché è meglio?

Ricordare la formula per il potere in relazione alla resistenza e la corrente - è . Se si dispone di un filo che ha una resistenza costante R e quindi si abbassa la corrente 2 volte (aumentando la tensione di 2 volte), la potenza persa in questo filo diminuisce di 4 volte. Ecco perché è bello avere un'alta tensione.$P=I^2*R$

Bene, li chiamiamo "linee elettriche" per un motivo ... quello che stiamo trasmettendo è POTENZA. E poiché , possiamo trasmettere la stessa quantità di potenza a volt usando una corrente di amp, oppure a volt e amp. (( ) è equivalente a ( ) ).10 , 000 0,1 100 10 10 , 000 V × 0,1 A = 1000  Watt 100  V × 10  A = 1000 $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}$

Quindi una centrale elettrica può trasmettere la stessa quantità di energia ( Watt in questo esempio) usando Volt e solo un decimo di un Amp, o Volt a Ampere. Cosa motiva la loro decisione, allora? I soldi. La relazione menzionata determina la caduta di tensione tra i cavi che trasmettono energia. Naturalmente, questi cavi sono progettati con la minor resistenza possibile, ma quella resistenza non può essere eliminata. Ricorda che , quindi una caduta di tensione provoca una caduta di potenza. Qualsiasi perdita di energia lungo le linee di trasmissione è uno spreco e la compagnia elettrica perde denaro.10 , 000 100 10 V = I R P = V $1000$$10,000$$100$$10$$V=IR$$P=VI$

Si noti inoltre che quando combiniamo queste due equazioni, possiamo scrivere l'equazione di potenza come . Ciò dimostra che la perdita di potenza è proporzionale al QUADRATO della corrente per una resistenza impostata. Quindi, se la compagnia elettrica può ridurre la corrente aumentando la tensione, il vantaggio di tale riduzione è al quadrato. In questo esempio, la caduta della corrente di un fattore (da Amp fino a Amp) riduce la perdita di potenza di un fattore .100 10 0,1 10 , $P=I^2R$$100$$10$$0.1$$10,000$

Un modo per vederlo è chiedere cosa c'è dall'altra parte della linea elettrica: un cliente. Il cliente non acquista corrente o tensione acquista energia (watt). Pertanto, se un fornitore di energia fornisce una determinata quantità di energia, può utilizzare fili più sottili aumentando la tensione e abbassando la corrente per una determinata quantità di energia.

Dici "cioè un aumento della tensione provoca un aumento della corrente se la resistenza rimane la stessa". È corretto, tranne per il fatto che i circuiti a tensione più elevata utilizzano resistenze di carico più elevate per una determinata potenza.

ad es. 120 W, una lampadina da 120 V assorbirebbe 1 A. (I = P / V = ​​120/120 = 1.) La sua resistenza (a caldo) sarebbe 120Ω. (R = V / I = 120/1 = 120.)

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Una lampadina da 120 W, 12 V assorbirebbe 10 A (I = P / V = ​​120/12 = 10). La sua resistenza (a caldo) sarebbe 1,2Ω (R = V / I = 12/10 = 1.2). Si noti che la caduta della tensione di un fattore 10 richiede che la corrente aumenti di un fattore 10 per fornire la stessa potenza. Si noti inoltre che la resistenza è diminuita di 10² = 100!

Come ti ha detto il tuo intestino, se aumenti la tensione senza aumentare la resistenza la corrente aumenterà.

Se P = IV significherebbe che se V aumenta dovrei diminuire. Ad esempio: se P = 12 an V = 3 allora dovrei essere 4. Ma se aumenti V - scendi I ad esempio: se V diventasse 8 diventerei 1,5. È necessaria una corrente bassa perché si perde meno energia. Immagina che gli elettroni all'interno del cavo fossero acquirenti e che l'energia che trasportavano fosse denaro. Ora immagina una fila di 100 acquirenti che si precipitano fuori da un edificio portando ciascuno $ 15 ma tutti devono passare attraverso un vicolo (il vicolo è il cavo) e ogni volta che si urtano l'un l'altro perdono $ 1 (energia persa come energia termica). Ora immagina come sarebbe se ci fossero solo 10 persone che trasportano $ 150 e quanto meno perderebbero.

In risposta diretta al post originale, mi sembra che tutti voi abbiate complicato la risposta alla sua domanda. Anche se le informazioni fornite sono ottime da includere, la domanda sembra senza risposta. E = IR La tua comprensione del fatto che un aumento della tensione dovrebbe comportare un aumento della corrente è corretta: sostituisci una batteria da 3 V in un semplice circuito per un 9 V e hai saltato anche 3 volte la corrente.

L'alta tensione / bassa corrente e viceversa è una TRASFORMAZIONE di ciò che è GIÀ lì - non si sta scambiando una batteria (o qualsiasi fonte di tensione) con un'altra. Un trasformatore funziona a causa della legge di watt: la potenza è costante (la resistenza è costante nella legge di ohm) e la potenza è corrente x tensione, o "P = EI"

Una variazione di tensione è una variazione inversa della corrente e viceversa, in cui viene conservata la potenza.

Mi sembra che tu abbia problemi di concettualizzazione , che affronterò nella mia risposta.

È vero che (1) E = IR è una formula universale. Tuttavia, devi capire che può anche essere espresso come (2) R = E / I e (3) I = E / R.

Usando il modulo (2), mostrerò la tua attuale comprensione della formula. Se si aumenta la tensione di 10 volte (10E), al fine di mantenere invariata la resistenza (invariata), la corrente dovrà aumentare di 10 volte R = E / I = 10E / 10I. Tuttavia, posso anche aumentare la tensione e mantenere la stessa corrente aumentando la resistenza di 10 volte I = E / R = 10E / 10R. Quindi , con la forma (3), sono in grado di dimostrare che è possibile aumentare la tensione (10E) senza dover aumentare la corrente (mantenere la corrente "bassa" (I)) .

Sembra che finora ci siano tre risposte generali a questa domanda. Riassumere:

1. I trasformatori sono magici. Una volta introdotti i trasformatori, V = IR non si applica più, quindi va bene avere alta tensione e bassa corrente perché il sistema non è più ohmico. Il sistema, tuttavia, obbedisce all'equazione del trasformatore,

2. Il sistema di alimentazione - linea elettrica - ricevitore può essere modellato essenzialmente come un singolo circuito di resistenza (dove centrale elettrica = batteria, linee elettriche = fili e ricevitore = singola resistenza). Quindi è la resistenza del ricevitore che conta e poiché tale resistenza tende ad essere elevata l'intero sistema obbedisce alla legge di Ohm: alta tensione e alta resistenza producono bassa corrente

3. $\bigtriangleup V = I R$$\bigtriangleup V = 2V$oltre la lunghezza della linea elettrica. La linea di alimentazione ha resistività piuttosto bassa, quindi la resistenza totale è bassa, e quindi la caduta di tensione bassa e la resistenza bassa producono corrente bassa, secondo la legge di Ohm. In questo modo, è del tutto bene avere valori di alta tensione e bassa corrente nelle linee elettriche.

Di queste tre spiegazioni, sono propenso a credere alla terza. Il primo è solo una riaffermazione dell'equazione e non ci fornisce ulteriori informazioni sul meccanismo fisico o sulla logica della situazione. Il secondo è possibile, ma sembra che sarebbe eccessivamente complicato dal fatto che in realtà ci sono molti ricevitori che attingono linee elettriche, quindi dovrebbe essere modellato come un circuito molto più complesso. Il terzo ci consente di mantenere intatta la legge di Ohm e allo stesso tempo di quadrarla con le altre equazioni rilevanti.

Detto questo, questo è un modello semplificato di ciò che sta succedendo ignorando gli effetti più complicati dovuti all'AC anziché al DC.

Puoi anche avere alta tensione e 0 corrente, semplicemente scollegando il circuito.