Bagaimana mungkin memiliki tegangan tinggi dan arus rendah? Tampaknya bertentangan dengan hubungan antara arus dan tegangan pada E = IR

Saya telah membaca berbagai forum dan menonton beberapa YouTube (di samping pembacaan buku teks saya) dan penjelasannya sepertinya kurang. Masalahnya tampaknya bagaimana kita pertama kali diajarkan tentang hubungan langsung antara tegangan dan arus (yaitu, peningkatan tegangan membuat peningkatan arus jika resistansi tetap sama) dan kemudian kita diajarkan tentang saluran listrik yang memiliki tegangan tinggi dan arus rendah (karena jika tidak, kita akan membutuhkan kabel tebal yang membawa arus tinggi [yang akan berisiko panas berlebih karena efek joule atau sesuatu atau lainnya ..). Jadi tolong jangan jelaskan kepada saya alasan infrastruktur mengapa tegangan tinggi, arus rendah diperlukan untuk saluran listrik. Saya hanya perlu tahu seberapa tinggi tegangan, arus rendah bahkan mungkin. Saya baru belajar DC sejauh ini, jadi mungkin AC memiliki aturan yang akan mencerahkan saya ...

Anda membingungkan "tegangan tinggi" dengan "kehilangan tegangan tinggi". Hukum Ohm mengatur hilangnya tegangan melintasi resistansi untuk arus yang diberikan melewatinya. Karena arusnya rendah, maka kehilangan tegangan juga rendah.

Anda bingung tentang beban konsumen dan hambatan kabel.

Intinya adalah bahwa daya adalah produk dari tegangan dan arus. Untuk mentransmisikan daya yang sama ke beban konsumen, Anda dapat meningkatkan voltase dan mengurangi arus.

Jika lampu di rumah Anda membutuhkan 100W, katakanlah 10A pada 10V, ini dapat ditransfer dari pembangkit listrik secara langsung.

Katakanlah kabel antara rumah Anda dan pabrik memiliki 10 Ohm. Jika Anda menenggelamkan 10A dari pabrik, pabrik harus menyediakan 110V: Pada 10A, penurunan tegangan 100V terjadi pada kabel, ditambah 10V yang Anda butuhkan. Ini berarti, Anda mengkonsumsi 100W sementara kabel buang 1000W.

Sekarang, katakanlah rumah Anda menerima 1000V.

Tentu saja, Anda memerlukan transformator untuk mengubah tegangan yang dikirim ke tegangan yang dibutuhkan oleh cahaya!

Saat ini dikonsumsi dari pabrik sekarang hanya 0,1A.

Penurunan tegangan pada kabel sekarang hanya 1V, yang berarti kehilangan 0,1W untuk menyalakan lampu 100W Anda. Ini jauh lebih baik.

Intinya adalah penggunaan transformator yang memungkinkan untuk mengubah tegangan dan arus sambil mempertahankan daya:

Satu kata: Perlawanan . Ingatlah bahwa Tegangan dihitung dengan mengalikan arus dengan hambatan. Anda dapat memiliki perbedaan potensial yang tinggi (yang merupakan tegangan), dan arus yang rendah , hanya dengan memiliki resistansi tinggi di tempat untuk memblokir arus itu.

Anggap saja seperti selang air dinyalakan dengan penuh, dengan pistol selang terpasang di ujungnya. Pistol selang bertindak sebagai resistor bervariasi yang dikendalikan oleh pengguna, jadi meskipun ada energi potensial yang tinggi dalam selang (air yang ingin mengalir), resistansi sangat besar sehingga sedikit atau tidak ada air yang mengalir. Saat pengguna menekan pelatuk, resistansi semakin rendah hingga air mengalir semakin banyak.

Sistem distribusi daya menggunakan transformator untuk menaikkan atau menurunkan tegangan.

Trafo menangani Daya (Tegangan kali Arus). Daya yang dimasukkan ke dalam transformator akan sama dengan daya yang diambil dari transformator (mengabaikan kerugian kecil) sehingga kita dapat menghitung tegangan dan arus di setiap sisi transformator menggunakan rumus

Vin x Iin = Vout x Iout

Dengan menggunakan rumus ini, Anda dapat melihat bahwa jika tegangan input 10 kali dari tegangan output, arus input harus 1/10 dari arus output.

Kebingungan Anda berasal dari kenyataan bahwa Anda lupa tentang penolakan penerima. Pada dasarnya terlihat seperti ini:

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

Tegangan pada kabel (atau pembangkit listrik) tinggi dan resistansi kabel rendah, sehingga Anda berpikir bahwa arusnya harus tinggi. Benar, tetapi sekarang pertimbangkan bahwa penerima memiliki resistansi yang sangat tinggi. Inilah yang membuat arus di sirkuit ini rendah.

Jadi, Anda memiliki tegangan tinggi dan arus rendah karena resistansi yang tinggi dari penerima antara kabel. Ini benar-benar konsisten dengan hukum Ohm: dan R sangat besar, jadi saya kecil.$I=U/R$

Dalam skenario yang disederhanakan ini jika kita meningkatkan voltase pembangkit listrik, kita juga harus meningkatkan resistansi penerima, jika kita ingin menjaga daya penerima konstan.

Pada kenyataannya penerima berjalan di belakang transformator yang mengubah tegangan tinggi ke rendah (konstan misalnya 230V di Eropa). Jadi dalam skenario di atas ketika kita meningkatkan tegangan di pembangkit listrik, maka kita hanya perlu mengubah transformator (resistansi mereka) - tidak perlu mengubah resistansi penerima. Semua ini transparan bagi pengguna akhir.

Ini menjelaskan bagaimana mungkin memiliki tegangan tinggi dan arus rendah. Dan mengapa lebih baik?

Ingat rumus untuk daya dalam kaitannya dengan perlawanan dan saat ini - itu . Jika Anda memiliki kawat yang memiliki resistansi konstan R, dan kemudian Anda menurunkan arus 2 kali (dengan meningkatkan tegangan 2 kali), daya yang hilang di kawat ini berkurang 4 kali. Itu sebabnya bagus memiliki voltase tinggi.$P=I^2*R$

Ya, kami menyebutnya "saluran listrik" karena suatu alasan ... yang kami transmisikan adalah DAYA. Dan karena , kita dapat mentransmisikan jumlah daya yang sama pada volt menggunakan arus amp, atau volt dan amp. (( ) setara dengan ( ) ).$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}$

Jadi pembangkit listrik dapat mentransmisikan jumlah daya yang sama ( Watt dalam contoh ini) menggunakan Volt dan hanya sepersepuluh dari Amp, atau Volt pada Amps. Apa yang memotivasi keputusan mereka? Uang. Hubungan Anda sebutkan menentukan penurunan tegangan pada kabel yang mengirimkan daya. Secara alami, kabel-kabel itu dirancang dengan resistansi serendah mungkin, tetapi resistansi itu tidak bisa dihilangkan. Ingat kembali bahwa , sehingga penurunan voltase menghasilkan penurunan daya. Kehilangan daya di sepanjang saluran transmisi adalah pemborosan, dan perusahaan listrik kehilangan uang.10 , 000 100 10 V = I R P = V $1000$$10,000$$100$$10$$V=IR$$P=VI$

Perhatikan juga bahwa ketika kita menggabungkan dua persamaan ini, kita dapat menulis persamaan daya sebagai . Ini menggambarkan bahwa kehilangan daya sebanding dengan SQUARE arus untuk resistensi yang ditetapkan. Jadi jika perusahaan listrik dapat mengurangi arus dengan menaikkan tegangan, manfaat pengurangan itu adalah kuadrat. Dalam contoh ini, menjatuhkan arus dengan faktor (dari Amps menjadi Amps) mengurangi kehilangan daya sebesar faktor .100 10 0,1 10 , $P=I^2R$$100$$10$$0.1$$10,000$

Salah satu cara untuk melihatnya adalah dengan bertanya apa yang ada di ujung kabel listrik: pelanggan. Pelanggan tidak membeli arus atau tegangan, ia membeli daya (watt). Jadi, jika pemasok daya memberikan jumlah daya tertentu, mereka dapat menggunakan kabel yang lebih tipis dengan menaikkan tegangan dan menurunkan arus untuk jumlah daya tertentu.

Anda berkata, "yaitu, peningkatan tegangan membuat peningkatan arus jika resistansi tetap sama". Itu benar kecuali bahwa sirkuit tegangan yang lebih tinggi menggunakan resistensi beban yang lebih tinggi untuk daya yang diberikan.

misal 120 W, 120 V bohlam akan menarik 1 A. (I = P / V = ​​120/120 = 1.) Ini resistansi (ketika panas) akan menjadi 120Ω. (R = V / I = 120/1 = 120.)

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Bola lampu 120 W, 12 V akan menghasilkan 10 A (I = P / V = ​​120/12 = 10). Itu resistensi (ketika panas) akan menjadi 1,2Ω (R = V / I = 12/10 = 1.2). Perhatikan bahwa menjatuhkan tegangan dengan faktor 10 membutuhkan arus meningkat sebesar faktor 10 untuk memberikan daya yang sama. Perhatikan juga bahwa resistensi menurun sebesar 10² = 100!

Seperti yang dikatakan oleh usus Anda, jika Anda meningkatkan voltase tanpa meningkatkan resistansi, arus akan meningkat.

Jika P = IV itu berarti bahwa jika V meningkat saya harus mengurangi. Misalnya: jika P = 12 dan V = 3 maka saya harus 4. Tetapi jika Anda meningkatkan V - Anda mundur, saya misalnya: jika V Menjadi 8 maka saya akan menjadi 1,5. Arus rendah diperlukan karena lebih sedikit energi yang hilang. Bayangkan bahwa elektron dalam kabel adalah pembeli dan bahwa energi yang mereka bawa adalah uang. Sekarang bayangkan satu baris 100 pembeli bergegas keluar dari gedung masing-masing membawa $ 15 tetapi semua harus melewati gang (lorong menjadi kabel) dan setiap kali mereka bertemu satu sama lain, mereka kehilangan $ 1 (energi hilang sebagai energi panas). Sekarang bayangkan bagaimana jadinya jika hanya ada 10 orang yang membawa $ 150 dan seberapa jauh mereka akan kehilangan.

Menanggapi langsung ke posting asli, menurut saya kalian semua memiliki terlalu rumit apa jawaban untuk pertanyaannya sebenarnya. Meskipun informasi yang Anda sediakan sangat bagus untuk dimasukkan, pertanyaannya tampaknya tidak terjawab. E = IR Pemahaman Anda bahwa peningkatan tegangan harus menghasilkan peningkatan arus yang benar - menukar baterai 3V dalam rangkaian sederhana dengan 9V dan Anda juga telah melompat arus 3x.

Tegangan tinggi / arus rendah dan sebaliknya adalah TRANSFORMASI dari apa yang SUDAH ada di sana - Anda tidak menukar baterai (atau sumber tegangan apa pun) dengan yang lain. Trafo bekerja karena hukum watt: daya konstan (resistansi konstan dalam hukum ohm) dan daya arus x tegangan, atau "P = EI"

Perubahan tegangan adalah perubahan terbalik pada arus, dan sebaliknya, di mana daya dihemat.

Tampak bagi saya bahwa Anda mengalami masalah konseptualisasi , yang akan saya bahas dalam jawaban saya.

Memang benar (1) E = IR adalah formula universal. Namun, Anda harus memahami bahwa itu juga dapat dinyatakan sebagai (2) R = E / I, dan (3) I = E / R.

Menggunakan formulir (2), saya akan menunjukkan pemahaman Anda saat ini tentang formula. Jika Anda membuat tegangan 10 kali lebih besar (10E), untuk menjaga resistansi tetap sama (tidak berubah), arus juga harus meningkat 10 kali R = E / I = 10E / 10I. Namun, saya juga dapat meningkatkan tegangan dan mempertahankan arus yang sama dengan meningkatkan resistansi 10 kali I = E / R = 10E / 10R. Jadi , dengan bentuk (3), saya dapat menunjukkan bahwa dimungkinkan untuk meningkatkan tegangan (10E) tanpa harus meningkatkan arus (mempertahankan arus "rendah" (I)) .

Kedengarannya ada tiga jawaban umum untuk pertanyaan ini sejauh ini. Untuk meringkas:

1. Transformer itu ajaib. Setelah Anda memperkenalkan transformer, V = IR tidak lagi berlaku sehingga baik untuk memiliki tegangan tinggi dan arus rendah karena sistem tidak lagi Ohmic. Sistem ini, bagaimanapun, mematuhi persamaan transformator,

2. Sistem pembangkit listrik - saluran listrik - penerima dapat dimodelkan pada dasarnya sebagai rangkaian resistor tunggal (di mana pembangkit listrik = baterai, saluran listrik = kabel, dan penerima = resistor tunggal). Jadi resistansi penerima yang penting, dan karena resistansi yang cenderung tinggi, seluruh sistem mematuhi hukum Ohm: tegangan tinggi dan resistansi tinggi menghasilkan arus rendah

3. $\bigtriangleup V = I R$$\bigtriangleup V = 2V$melebihi panjang kabel listrik. Saluran listrik memiliki resistivitas yang cukup rendah, sehingga resistansi total rendah, dan begitu drop tegangan rendah dan resistansi rendah menghasilkan arus rendah, sesuai dengan hukum Ohm. Dengan cara ini, benar-benar baik untuk memiliki nilai tegangan tinggi dan arus listrik yang rendah.

Dari ketiga penjelasan ini, saya cenderung mempercayai yang ketiga. Yang pertama hanyalah pernyataan ulang dari persamaan, dan tidak memberi kita informasi tambahan tentang mekanisme fisik atau logika situasi. Yang kedua adalah mungkin, tetapi sepertinya itu akan terlalu rumit oleh kenyataan bahwa sebenarnya ada banyak receiver yang menarik kabel listrik sehingga harus benar-benar dimodelkan sebagai sirkuit yang jauh lebih kompleks. Yang ketiga memungkinkan kita untuk menjaga hukum Ohm tetap utuh sementara juga menyingkirkannya dengan persamaan lain yang relevan.

Semua yang dikatakan, ini adalah model yang disederhanakan dari apa yang terjadi mengabaikan efek yang lebih rumit karena AC daripada DC.

Anda juga dapat memiliki tegangan tinggi, dan 0 saat ini, jika Anda cukup memutuskan sirkuit.