เป็นไปได้อย่างไรที่จะมีไฟฟ้าแรงสูงและกระแสต่ำ ดูเหมือนว่าจะขัดแย้งกับความสัมพันธ์ระหว่างกระแสและแรงดันไฟฟ้าใน E = IR

ฉันได้อ่านฟอรัมต่าง ๆ และดู youtubes สองสาม (นอกเหนือจากการอ่านตำราเรียนของฉัน) และคำอธิบายดูเหมือนสั้น ปัญหาดูเหมือนจะเป็นวิธีที่เราได้รับการสอนเกี่ยวกับความสัมพันธ์โดยตรงระหว่างแรงดันและกระแส (นั่นคือการเพิ่มแรงดันทำให้กระแสเพิ่มขึ้นถ้าความต้านทานยังคงเหมือนเดิม) จากนั้นเราก็สอนเกี่ยวกับสายไฟฟ้าที่มีแรงดันสูง และกระแสต่ำ (เพราะฉลาดอื่น ๆ เราจะต้องใช้สายไฟหนาที่มีกระแสสูง [ซึ่งจะเสี่ยงต่อการเกิดความร้อนสูงเกินไปเนื่องจากผลจูลหรืออะไรอย่างอื่น .. ) ดังนั้นโปรดอย่าอธิบายเหตุผลที่โครงสร้างพื้นฐานว่าทำไมแรงดันสูงกระแสต่ำจึงจำเป็นสำหรับสายไฟฟ้า ฉันแค่ต้องรู้ว่าไฟฟ้าแรงสูงกระแสต่ำเป็นไปได้ยังไง ฉันเพิ่งเรียน DC มาจนถึงตอนนี้บางที AC อาจมีกฎเกณฑ์ที่จะให้ความรู้แก่ฉัน ...

คุณกำลังสับสน "ไฟฟ้าแรงสูง" กับ "การสูญเสียไฟฟ้าแรงสูง" กฎของโอห์มควบคุมการสูญเสียแรงดันข้ามแนวต้านสำหรับกระแสไฟฟ้าที่กำหนดผ่านมัน เนื่องจากกระแสไฟฟ้าต่ำการสูญเสียแรงดันไฟฟ้าจึงต่ำตามลำดับ

คุณสับสนเกี่ยวกับภาระของผู้บริโภคและความต้านทานของสายเคเบิล

ประเด็นก็คือพลังงานคือผลผลิตของแรงดันและกระแส ในการส่งกำลังไฟฟ้าเดียวกันไปยังโหลดของผู้ใช้ไฟฟ้าคุณสามารถเพิ่มแรงดันไฟฟ้าและลดกระแสไฟฟ้า

หากแสงสว่างในบ้านของคุณต้องการ 100W ให้บอกว่า 10A ที่ 10V ซึ่งสามารถถ่ายโอนจากโรงไฟฟ้าได้โดยตรง

สมมุติว่าสายเคเบิลระหว่างบ้านกับพืชมี 10 โอห์ม หากคุณจม 10A จากโรงงานโรงงานจะต้องจัดหา 110V: ที่ 10A จะเกิดแรงดันตกที่ 100V บนสายเคเบิลรวมทั้ง 10V ที่คุณต้องการ ซึ่งหมายความว่าคุณใช้ 100W ในขณะที่สายเคเบิลเสีย 1000W

สมมติว่าบ้านของคุณได้รับ 1,000V

แน่นอนว่าคุณต้องใช้หม้อแปลงเพื่อแปลงแรงดันไฟฟ้าที่ส่งมอบให้เป็นแรงดันไฟที่ต้องการ!

ปัจจุบันที่ใช้จากโรงงานปัจจุบันมีเพียง 0.1A

แรงดันตกที่สายเป็นเพียง 1V ซึ่งหมายถึงการสูญเสียพลังงาน 0.1W เพื่อให้แสงสว่าง 100W ของคุณ มันดีกว่ามาก

ประเด็นคือการใช้หม้อแปลงไฟฟ้าที่ช่วยให้สามารถแปลงแรงดันและกระแสในขณะที่รักษาพลังงาน:

หนึ่งคำ: ความต้านทาน จงจำไว้ว่าแรงดันไฟฟ้าคำนวณโดยการคูณกระแสด้วยความต้านทาน คุณสามารถมีความต่างศักย์สูง (ซึ่งคือแรงดันไฟฟ้า) และกระแสไฟฟ้าต่ำเพียงแค่มีความต้านทานสูงเพื่อป้องกันกระแสไฟฟ้านั้น

คิดว่ามันเหมือนสายยางฉีดน้ำเปิดการระเบิดเต็มรูปแบบด้วยปืนท่อแนบกับท้าย ปืนท่อทำหน้าที่เป็นตัวต้านทานที่แตกต่างกันซึ่งควบคุมโดยผู้ใช้ดังนั้นแม้ว่าจะมีพลังงานที่มีศักยภาพสูงในท่อ (น้ำที่ต้องการไหล) ความต้านทานนั้นดีมากจนแทบไม่มีน้ำไหล เมื่อผู้ใช้กดไกแรงต้านทานจะลดลงจนกระทั่งน้ำไหลมากขึ้นเรื่อย ๆ

ระบบจำหน่ายไฟฟ้าใช้หม้อแปลงไฟฟ้าเพื่อปรับระดับแรงดันขึ้นหรือลง

หม้อแปลงจัดการกับพลังงาน (แรงดันไฟฟ้าครั้งปัจจุบัน) พลังงานที่ป้อนเข้าสู่หม้อแปลงจะเท่ากับกำลังที่มาจากหม้อแปลง (ละเลยการสูญเสียเล็กน้อย) ดังนั้นเราจึงสามารถคำนวณแรงดันและกระแสของแต่ละด้านของหม้อแปลงโดยใช้สูตร

Vin x Iin = Vout x Iout

เมื่อใช้สูตรนี้คุณจะเห็นว่าหากแรงดันไฟฟ้าเข้าเป็น 10 เท่าของแรงดันไฟฟ้าออกกระแสไฟฟ้าขาเข้าจะต้องเป็น 1/10 ของกระแสไฟขาออก

ความสับสนของคุณมาจากการที่คุณลืมเรื่องการต่อต้านของผู้รับ โดยทั่วไปดูเหมือนว่านี้:

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

แรงดันไฟฟ้าในสายไฟ (หรือโรงไฟฟ้า) สูงและความต้านทานของสายไฟต่ำดังนั้นคุณคิดว่ากระแสควรสูง ใช่ แต่ตอนนี้พิจารณาว่าผู้รับมีความต้านทานสูงมาก นี่คือสิ่งที่ทำให้กระแสในวงจรนี้ต่ำ

ดังนั้นคุณจึงมีแรงดันสูงและกระแสต่ำเนื่องจากความต้านทานสูงของตัวรับสัญญาณระหว่างสาย มันสอดคล้องกับกฎของโอห์มอย่างสมบูรณ์: และ R นั้นใหญ่มากดังนั้นฉันจึงเล็ก$I=U/R$

ในสถานการณ์ที่ง่ายขึ้นนี้หากเราเพิ่มแรงดันไฟฟ้าของโรงไฟฟ้าเราจะต้องเพิ่มความต้านทานของตัวรับด้วยถ้าเราต้องการให้ค่าคงที่ของตัวรับพลังงานคงที่

ในความเป็นจริงตัวรับสัญญาณทำงานอยู่หลังตัวแปลงซึ่งแปลงแรงดันสูงเป็นต่ำ (คงที่เช่น 230V ในยุโรป) ดังนั้นในสถานการณ์ข้างต้นเมื่อเราเพิ่มแรงดันไฟฟ้าในโรงไฟฟ้าเราก็ต้องเปลี่ยนหม้อแปลง (ความต้านทาน) - ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนความต้านทานของผู้รับ ทั้งหมดนี้โปร่งใสสำหรับผู้ใช้

สิ่งนี้อธิบายได้ว่ามีความเป็นไปได้ที่จะมีแรงดันสูงและกระแสต่ำ แล้วทำไมถึงดีกว่า?

โปรดจำไว้ว่าสูตรสำหรับการใช้พลังงานในความสัมพันธ์กับความต้านทานและปัจจุบัน - มัน R หากคุณมีสายที่มีความต้านทานคงที่ R และจากนั้นคุณลดกระแส 2 ครั้ง (โดยเพิ่มแรงดันไฟฟ้า 2 ครั้ง) พลังที่หายไปในสายนี้จะลดลง 4 ครั้ง นั่นเป็นเหตุผลที่ดีที่มีแรงดันสูง$P=I^2*R$

เราเรียกพวกเขาว่า "สายไฟฟ้า" ด้วยเหตุผล ... สิ่งที่เรากำลังส่งสัญญาณคือพลัง และเนื่องจากเราสามารถส่งพลังงานเท่ากันที่โวลต์โดยใช้กระแสแอมป์หรือที่โวลต์และแอมป์ (( ) เทียบเท่ากับ ( ) )$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}$

ดังนั้นโรงไฟฟ้าสามารถส่งพลังงานในปริมาณเท่ากัน (วัตต์ในตัวอย่างนี้) โดยใช้โวลต์และเพียงหนึ่งในสิบของแอมป์หรือโวลต์ที่แอมป์ แรงบันดาลใจในการตัดสินใจของพวกเขาคืออะไร? เงิน ความสัมพันธ์ที่คุณกล่าวถึงกำหนดแรงดันไฟฟ้าตกข้ามสายว่ากำลังส่ง โดยธรรมชาติแล้วสายเคเบิลเหล่านั้นได้รับการออกแบบให้มีความต้านทานต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ แต่ความต้านทานนั้นไม่สามารถกำจัดได้ จำได้ว่าดังนั้นการลดลงของแรงดันส่งผลให้กำลังงานลดลง การสูญเสียพลังงานตามสายส่งใด ๆ จะสูญเปล่าและ บริษัท กำลังสูญเสียเงิน$1000$$10,000$$100$$10$$V=IR$$P=VI$

นอกจากนี้ยังทราบว่าเมื่อเรารวมสองสมการเหล่านี้เราสามารถเขียนสมการอำนาจเป็นPนี่แสดงให้เห็นว่าการสูญเสียพลังงานเป็นสัดส่วนกับ SQUARE ของกระแสไฟฟ้าสำหรับความต้านทานที่กำหนด ดังนั้นหาก บริษัท พลังงานสามารถลดกระแสไฟฟ้าด้วยการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าได้ประโยชน์ของการลดลงนั้นจะถูกยกกำลังสอง ในตัวอย่างนี้ลดลงในปัจจุบันโดยปัจจัยของ (จากแอมป์ลงไปแอมป์) ช่วยลดการสูญเสียพลังงานโดยปัจจัยของ10,000$P=I^2R$$100$$10$$0.1$$10,000$

วิธีหนึ่งในการดูคือถามสิ่งที่ปลายอีกด้านของสายไฟ: ลูกค้า ลูกค้าไม่ได้ซื้อกระแสไฟฟ้าหรือแรงดันไฟฟ้าเขาซื้อพลังงานไฟฟ้า (วัตต์) ดังนั้นหากผู้จำหน่ายไฟฟ้าจ่ายพลังงานตามจำนวนที่กำหนดไว้พวกเขาสามารถใช้สายไฟที่บางกว่าได้โดยการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าและลดกระแสไฟฟ้าลงตามปริมาณพลังงานที่กำหนด

คุณบอกว่า "นั่นคือการเพิ่มแรงดันทำให้กระแสเพิ่มขึ้นถ้าความต้านทานยังคงเหมือนเดิม" ถูกต้องยกเว้นวงจรแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าจะใช้โหลดความต้านทานสูงกว่าสำหรับกำลังงานที่กำหนด

เช่น 120 วัตต์หลอดไฟ 120 V จะวาด 1 A. (I = P / V = ​​120/120 = 1. ) มันต้านทาน (เมื่อร้อน) จะเป็น120Ω (R = V / I = 120/1 = 120. )

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

หลอดไฟ 120 W, 12 V จะวาด 10 A (I = P / V = ​​120/12 = 10) มันต้านทาน (เมื่อร้อน) จะเป็น1.2Ω (R = V / I = 12/10 = 1.2) โปรดทราบว่าการลดแรงดันไฟฟ้าด้วยปัจจัย 10 จำเป็นต้องใช้กระแสเพิ่มขึ้นโดยปัจจัย 10 เพื่อให้พลังงานเดียวกัน โปรดทราบว่าความต้านทานลดลง10² = 100!

ตามที่ลำไส้ของคุณบอกคุณถ้าคุณเพิ่มแรงดันโดยไม่เพิ่มความต้านทานกระแสจะเพิ่มขึ้น

ถ้า P = IV มันจะหมายความว่าถ้า V เพิ่มขึ้นฉันจะต้องลดลง ตัวอย่างเช่น: ถ้า P = 12 an V = 3 ดังนั้นฉันจะต้องเป็น 4 แต่ถ้าคุณก้าวขึ้น V - คุณก้าวลงฉันเช่น: ถ้า V กลายเป็น 8 แล้วฉันจะกลายเป็น 1.5 กระแสไฟฟ้าต่ำเป็นสิ่งจำเป็นเพราะพลังงานน้อยกว่าจะหายไป ลองจินตนาการว่าอิเล็กตรอนภายในสายเคเบิลเป็นนักช็อปและพลังงานที่พวกเขานำมาใช้นั้นเป็นเงิน ทีนี้ลองนึกถึงผู้ซื้อ 100 คนที่วิ่งออกจากอาคารแต่ละคนมีค่าใช้จ่าย $ 15 แต่ทุกคนต้องผ่านตรอกซอกซอย (ตรอกซอกซอยเป็นสายเคเบิล) และทุกครั้งที่ชนเข้าด้วยกันพวกเขาก็สูญเสีย $ 1 (พลังงานสูญเสียเป็นพลังงานความร้อน) ทีนี้ลองนึกดูว่ามันจะเป็นอย่างไรถ้ามีเพียง 10 คนที่มีเงิน $ 150 และพวกเขาจะเสียเท่าไหร่

ในการตอบกลับโดยตรงกับโพสต์ต้นฉบับดูเหมือนว่าฉันทุกคนมีความซับซ้อนเกินกว่าที่คำตอบสำหรับคำถามของเขาคืออะไร แม้ว่าข้อมูลที่คุณให้มานั้นยอดเยี่ยม แต่คำถามก็ดูเหมือนจะยังไม่ได้ตอบ E = IR ความเข้าใจของคุณว่าแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นควรส่งผลให้กระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้นถูกต้อง - เปลี่ยนแบตเตอรี่ 3v ในวงจรอย่างง่ายสำหรับ 9 โวลต์และคุณได้เพิ่มกระแส 3x เช่นกัน

แรงดันไฟฟ้าสูง / กระแสต่ำและในทางกลับกันคือการเปลี่ยนของสิ่งที่มีอยู่แล้ว - คุณไม่ได้เปลี่ยนแบตเตอรี่ (หรือแหล่งที่มาของแรงดันไฟฟ้า) กับอีก หม้อแปลงทำงานได้เนื่องจากกฎของวัตต์: กำลังคงที่ (ความต้านทานเป็นค่าคงที่ในกฎของโอห์ม) และกำลังคือแรงดัน x ปัจจุบันหรือ "P = EI"

การเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าคือการเปลี่ยนแปลงผกผันของกระแสไฟฟ้าและในทางกลับกันที่พลังงานถูกสงวนไว้

ดูเหมือนว่าคุณกำลังมีปัญหาเกี่ยวกับการกำหนดแนวคิดซึ่งฉันจะตอบคำถามของฉัน

มันเป็นความจริง (1) E = IR เป็นสูตรสากล อย่างไรก็ตามคุณต้องเข้าใจว่าสามารถแสดงเป็น (2) R = E / I และ (3) I = E / R

ใช้ฟอร์ม (2) ฉันจะแสดงความเข้าใจปัจจุบันของสูตร หากคุณทำให้แรงดันไฟฟ้ามีขนาดใหญ่ขึ้น 10 เท่า (10E) เพื่อให้ความต้านทานเหมือนเดิม (ไม่เปลี่ยนแปลง) กระแสจะต้องเพิ่มขึ้น 10 เท่า R = E / I = 10E / 10I อย่างไรก็ตามฉันสามารถเพิ่มแรงดันไฟฟ้าและรักษากระแสเดียวกันโดยเพิ่มความต้านทาน 10 เท่า I = E / R = 10E / 10R ดังนั้นด้วยรูปแบบ (3), ฉันสามารถที่จะแสดงให้เห็นว่ามันเป็นไปได้ที่จะเพิ่มแรงดันไฟฟ้า (10E) โดยไม่ต้องเพิ่มขึ้นปัจจุบัน (รักษา "ต่ำ" ในปัจจุบัน (I))

ดูเหมือนว่ามีสามคำตอบทั่วไปสำหรับคำถามนี้จนถึงตอนนี้ เพื่อสรุป:

1. หม้อแปลงเป็นเวทมนตร์ เมื่อคุณแนะนำหม้อแปลงไฟฟ้า V = IR จะไม่ใช้งานอีกต่อไปดังนั้นจึงเป็นเรื่องดีที่จะมีแรงดันไฟฟ้าสูงและกระแสไฟฟ้าต่ำเนื่องจากระบบไม่เป็นแบบโอห์มมิกอีกต่อไป ระบบทำตามสมการของหม้อแปลง

2. ระบบโรงไฟฟ้า - สายสัญญาณ - ตัวรับพลังงานสามารถสร้างแบบจำลองเป็นวงจรตัวต้านทานเดียว (โดยที่โรงไฟฟ้า = แบตเตอรี่, สายไฟ = สายไฟ, และตัวรับ = ตัวต้านทานเดียว) ดังนั้นจึงเป็นความต้านทานของผู้รับที่มีความสำคัญและเนื่องจากความต้านทานนั้นมีแนวโน้มที่สูงระบบทั้งหมดจะปฏิบัติตามกฎของโอห์ม: แรงดันสูงและความต้านทานสูงให้ผลต่ำในปัจจุบัน

3. มีการตีความกฎหมายของโอห์มเบื้องต้นที่นี่ กฎของ V in Ohm ไม่ใช่ค่าของแรงดันไฟฟ้าในระบบ แต่เป็นแรงดันตกคร่อมตัวต้านทานหรือองค์ประกอบวงจร วิธีเลอะเทอะน้อยของการเขียนกฎของโอห์มอาจจะIR ดังนั้นสายไฟฟ้าจึงทำตามกฎของโอห์มและความสับสนนั้นมาจากความจริงที่ว่าเราพูดจาไม่คล่องในภาษาของเรา ดังนั้นสายไฟฟ้าแรงสูงอาจมีแรงดันไฟฟ้า 110kV ที่จุดเริ่มต้น (สัมพันธ์กับพื้นดิน) และ 110kV - 2V ในตอนท้ายทำให้แรงดันไฟฟ้าตกที่$\bigtriangleup V = I R$$\bigtriangleup V = 2V$เหนือความยาวของสายไฟ สายไฟมีความต้านทานค่อนข้างต่ำดังนั้นความต้านทานรวมจึงอยู่ในระดับต่ำและแรงดันตกคร่อมต่ำและความต้านทานต่ำทำให้กระแสไฟฟ้าต่ำตามกฎของโอห์ม ด้วยวิธีนี้การปรับค่าแรงดันสูงและกระแสไฟฟ้าต่ำในสายไฟทำได้อย่างสมบูรณ์

ในคำอธิบายทั้งสามนี้ฉันอยากจะเชื่อคำที่สาม ข้อแรกเป็นเพียงการกล่าวซ้ำของสมการและทำให้เราไม่มีข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับกลไกทางกายภาพหรือตรรกะของสถานการณ์ อย่างที่สองก็เป็นไปได้ แต่ดูเหมือนว่ามันจะซับซ้อนเกินไปเนื่องจากความจริงที่ว่ามีผู้รับจำนวนมากที่วาดบนสายไฟดังนั้นมันควรจะเป็นแบบจำลองที่ซับซ้อนมากขึ้น ข้อที่สามทำให้เราสามารถรักษากฎของโอห์มไว้ได้ในขณะเดียวกันก็ยกกำลังสองไปพร้อมกับสมการอื่นที่เกี่ยวข้อง

ทั้งหมดที่กล่าวมานี้เป็นรูปแบบที่เรียบง่ายของสิ่งที่เกิดขึ้นโดยไม่สนใจเอฟเฟกต์ที่ซับซ้อนมากขึ้นเนื่องจาก AC แทน DC

นอกจากนี้คุณยังสามารถมีแรงดันไฟฟ้าสูงและกระแสไฟฟ้า 0 ถ้าคุณเพียงตัดการเชื่อมต่อวงจร