Làm thế nào có thể có điện áp cao và dòng điện thấp? Nó dường như mâu thuẫn với mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp trong E = IR

Tôi đã đọc các diễn đàn khác nhau và xem một vài youtubes (ngoài các bài đọc trong sách giáo khoa của tôi) và các giải thích dường như không được nhiều. Vấn đề dường như là lần đầu tiên chúng ta được dạy về mối quan hệ trực tiếp giữa điện áp và dòng điện (nghĩa là sự tăng điện áp làm tăng dòng điện nếu điện trở không đổi) và sau đó chúng ta được dạy về đường dây điện có điện áp cao và dòng điện thấp (vì khôn ngoan khác, chúng ta sẽ cần dây dày mang dòng điện cao [sẽ có nguy cơ quá nhiệt do hiệu ứng joule hoặc một cái gì đó khác ..). Vì vậy, xin vui lòng không giải thích cho tôi các lý do cơ sở hạ tầng tại sao điện áp cao, dòng điện thấp là cần thiết cho đường dây điện. Tôi chỉ cần biết làm thế nào điện áp cao, dòng điện thấp thậm chí có thể. Tôi mới chỉ học DC cho đến nay có lẽ AC có những quy tắc sẽ khai sáng cho tôi ...

Bạn đang nhầm lẫn "điện áp cao" với "mất điện áp cao". Định luật Ohm chi phối sự mất điện áp trên một điện trở cho một dòng điện nhất định đi qua nó. Vì dòng điện thấp, tổn thất điện áp tương ứng thấp.

Bạn đang bối rối về tải trọng của người tiêu dùng và điện trở của cáp.

Vấn đề là năng lượng là sản phẩm của điện áp và dòng điện. Để truyền cùng một công suất tới tải tiêu dùng, bạn có thể tăng điện áp và giảm dòng điện.

Nếu ánh sáng trong nhà bạn cần 100W, tức là 10A ở 10V, điều này có thể được chuyển trực tiếp từ nhà máy điện.

Giả sử cáp giữa nhà bạn và nhà máy có 10 Ohm. Nếu bạn chìm 10A từ nhà máy, nhà máy phải cung cấp điện áp 110 V: Ở mức 10A, sự sụt giảm điện áp 100V xảy ra trên cáp, cộng với 10V bạn cần. Điều này có nghĩa, bạn tiêu thụ 100W trong khi cáp lãng phí 1000W.

Bây giờ, giả sử ngôi nhà của bạn nhận được 1000V.

Tất nhiên, bạn cần một máy biến áp để chuyển đổi điện áp được cung cấp thành điện áp cần thiết của ánh sáng!

Hiện tại tiêu thụ từ nhà máy chỉ là 0,1A.

Hiện tại điện áp rơi trên cáp chỉ là 1V, có nghĩa là mất 0,1W để cấp nguồn cho đèn 100W của bạn. Điều này tốt hơn nhiều.

Vấn đề là việc sử dụng máy biến áp cho phép chuyển đổi điện áp và dòng điện trong khi duy trì nguồn điện:

Một từ: Kháng chiến . Hãy nhớ lại rằng điện áp được tính bằng cách nhân dòng điện với điện trở. Bạn có thể có sự khác biệt tiềm năng cao (đó là điện áp là gì) và dòng điện thấp , chỉ đơn giản bằng cách có điện trở cao để chặn dòng điện đó.

Hãy nghĩ về nó giống như một vòi nước bật nổ hoàn toàn, với một khẩu súng vòi gắn vào đầu. Súng vòi hoạt động như một điện trở khác nhau được điều khiển bởi người dùng, do đó, mặc dù có năng lượng tiềm năng cao trong vòi (nước muốn chảy), điện trở rất lớn đến mức không có nước chảy. Khi người dùng nhấn cò, điện trở giảm xuống cho đến khi nước chảy ngày càng nhiều.

Hệ thống phân phối điện sử dụng máy biến áp để tăng điện áp lên hoặc xuống.

Máy biến áp xử lý Công suất (Điện áp lần hiện tại). Công suất được đưa vào máy biến áp sẽ bằng công suất lấy từ máy biến áp (bỏ qua tổn thất nhỏ) để chúng ta có thể tính điện áp và dòng điện ở mỗi bên của máy biến áp bằng công thức

Vin x Iin = Vout x Iout

Sử dụng công thức này, bạn có thể thấy rằng nếu điện áp đầu vào gấp 10 lần điện áp đầu ra, thì dòng điện đầu vào phải bằng 1/10 dòng điện đầu ra.

Sự nhầm lẫn của bạn xuất phát từ thực tế là bạn đang quên đi sự phản kháng của người nhận. Về cơ bản nó trông như thế này:

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

Điện áp trong dây (hoặc nhà máy điện) cao và điện trở của dây thấp, vì vậy bạn nghĩ rằng dòng điện phải cao. Phải, nhưng bây giờ xem xét rằng máy thu có điện trở rất cao. Đây là những gì làm cho dòng điện trong mạch này thấp.

$I=U/R$

Trong kịch bản đơn giản hóa này nếu chúng ta tăng điện áp của nhà máy điện, chúng ta cũng phải tăng điện trở của máy thu, nếu chúng ta muốn giữ công suất của máy thu không đổi.

Trong các máy thu thực tế chạy phía sau máy biến áp chuyển đổi điện áp cao thành thấp (không đổi, ví dụ 230V ở châu Âu). Vì vậy, trong kịch bản trên khi chúng ta tăng điện áp trong nhà máy điện, thì chúng ta chỉ cần thay đổi máy biến áp (điện trở của chúng) - không cần thay đổi điện trở của máy thu. Tất cả điều này là minh bạch cho người dùng cuối.

Điều này giải thích làm thế nào có thể có điện áp cao và dòng điện thấp. Và tại sao nó tốt hơn?

$P=I^2*R$

$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$

Một cách để xem xét nó là hỏi những gì ở đầu dây bên kia: một khách hàng. Khách hàng không mua dòng điện hoặc điện áp mà họ mua điện (watts). Vì vậy, nếu một nhà cung cấp điện cung cấp một lượng điện năng nhất định, họ có thể sử dụng các dây mỏng hơn bằng cách tăng điện áp và hạ thấp dòng điện cho một lượng điện năng nhất định.

Bạn nói, "nghĩa là, sự tăng điện áp làm tăng dòng điện nếu điện trở không đổi". Điều đó đúng ngoại trừ việc các mạch điện áp cao hơn sử dụng điện trở tải cao hơn cho một công suất nhất định.

ví dụ: bóng đèn 120 W, bóng đèn 120 V sẽ vẽ 1 A. (I = P / V = ​​120/120 = 1.) Điện trở của nó (khi nóng) sẽ là 120Ω. (R = V / I = 120/1 = 120.)

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Một bóng đèn 120 W, 12 V sẽ vẽ 10 A (I = P / V = ​​120/12 = 10). Điện trở của nó (khi nóng) sẽ là 1,2Ω (R = V / I = 12/10 = 1.2). Lưu ý rằng việc giảm điện áp xuống hệ số 10 đòi hỏi dòng điện phải tăng thêm hệ số 10 để có cùng công suất. Cũng lưu ý rằng điện trở giảm 10² = 100!

Như ruột của bạn đã nói với bạn, nếu bạn tăng điện áp mà không tăng điện trở thì dòng điện sẽ tăng.

Nếu P = IV có nghĩa là nếu V tăng tôi sẽ phải giảm. Ví dụ: nếu P = 12 an V = 3 thì tôi sẽ phải là 4. Nhưng nếu bạn bước lên V - bạn bước xuống tôi chẳng hạn: nếu V trở thành 8 thì tôi sẽ trở thành 1.5. Một dòng điện thấp là cần thiết vì mất ít năng lượng. Hãy tưởng tượng rằng các electron trong dây cáp là người mua sắm và năng lượng mà chúng mang theo là tiền. Bây giờ hãy tưởng tượng một hàng 100 người mua sắm đổ xô ra khỏi tòa nhà mỗi người mang theo 15 đô la nhưng tất cả phải đi qua một con hẻm (con hẻm là dây cáp) và mỗi lần họ va vào nhau, họ mất 1 đô la (năng lượng bị mất vì năng lượng nhiệt). Bây giờ hãy tưởng tượng nó sẽ như thế nào nếu chỉ có 10 người mang 150 đô la và họ sẽ mất ít hơn bao nhiêu.

Trả lời trực tiếp bài viết gốc, dường như tất cả các bạn đều quá phức tạp câu trả lời cho câu hỏi của anh ấy thực sự là gì. Mặc dù thông tin được cung cấp của bạn là rất tốt để bao gồm, câu hỏi dường như chưa được trả lời. E = IR Bạn hiểu rằng việc tăng điện áp sẽ dẫn đến tăng dòng điện là chính xác - trao đổi pin 3v trong một mạch đơn giản cho 9v và bạn cũng đã tăng dòng điện 3x.

Điện áp cao / dòng điện thấp và ngược lại là sự CHUYỂN ĐỔI của những gì C ALNG CÓ ở đó - bạn không được trao đổi pin (hoặc bất kỳ nguồn điện áp nào) với pin khác. Máy biến áp hoạt động nhờ định luật watt: công suất không đổi (điện trở không đổi theo định luật ohm) và công suất là điện áp x hiện tại hoặc "P = EI"

Sự thay đổi điện áp là sự thay đổi nghịch đảo trong dòng điện và ngược lại, nơi năng lượng được bảo toàn.

Tôi nhận thấy rằng bạn đang gặp rắc rối về khái niệm hóa , mà tôi sẽ giải quyết trong câu trả lời của tôi.

Đúng là (1) E = IR là một công thức phổ quát. Tuy nhiên, bạn phải hiểu rằng nó cũng có thể được biểu thị dưới dạng (2) R = E / I và (3) I = E / R.

Sử dụng mẫu (2), tôi sẽ chỉ ra cách hiểu hiện tại của bạn về công thức. Nếu bạn làm cho điện áp lớn hơn 10 lần (10E), để giữ cho điện trở như cũ (không thay đổi), dòng điện cũng sẽ phải tăng 10 lần R = E / I = 10E / 10I. Tuy nhiên, tôi cũng có thể tăng điện áp và duy trì dòng điện như cũ bằng cách tăng điện trở 10 lần I = E / R = 10E / 10R. Vì vậy , với dạng (3), tôi có thể chỉ ra rằng có thể tăng điện áp (10E) mà không cần phải tăng dòng điện (duy trì dòng điện "thấp" (I)) .

Có vẻ như có ba câu trả lời chung cho câu hỏi này cho đến nay. Để tóm tắt:

1. Transformers là ma thuật. Khi bạn giới thiệu máy biến áp, V = IR không còn áp dụng nữa nên sẽ có điện áp cao và dòng điện thấp vì hệ thống không còn Ohmic nữa. Tuy nhiên, hệ thống tuân theo phương trình biến áp,

2. Nhà máy điện - đường dây điện - hệ thống máy thu có thể được mô hình hóa cơ bản như một mạch điện trở đơn (trong đó nhà máy điện = pin, đường dây điện = dây điện và máy thu = điện trở đơn). Do đó, điện trở của máy thu là vấn đề quan trọng và bởi vì điện trở đó có xu hướng cao, toàn bộ hệ thống tuân theo định luật Ohm: điện áp cao và điện trở cao mang lại dòng điện thấp

3. $\bigtriangleup V = I R$$\bigtriangleup V = 2V$qua chiều dài của đường dây điện. Đường dây điện có điện trở suất khá thấp, do đó tổng điện trở thấp, do đó điện áp thấp và điện trở thấp mang lại dòng điện thấp, theo định luật Ohm. Theo cách này, hoàn toàn ổn khi có các giá trị điện áp cao và dòng điện thấp trong các đường dây điện.

Trong ba cách giải thích này, tôi có xu hướng tin vào điều thứ ba. Đầu tiên chỉ là sự phục hồi của phương trình, và không cho chúng ta thêm thông tin nào về cơ chế vật lý hoặc logic của tình huống. Thứ hai là có thể, nhưng có vẻ như nó sẽ quá phức tạp bởi thực tế là có nhiều máy thu vẽ trên đường dây điện nên nó thực sự được mô hình hóa như một mạch phức tạp hơn nhiều. Thứ ba cho phép chúng ta giữ nguyên luật Ohm trong khi cũng bình phương nó với các phương trình liên quan khác.

Tất cả những gì đang được nói, đây là một mô hình đơn giản hóa những gì đang diễn ra mà bỏ qua các hiệu ứng phức tạp hơn do AC thay vì DC.

Bạn cũng có thể có điện áp cao và dòng điện 0, nếu bạn chỉ cần ngắt kết nối mạch.