Como é possível ter alta tensão e baixa corrente? Parece contradizer a relação entre corrente e tensão em E = IR

Li fóruns diferentes e assisti a alguns youtubes (além das leituras de meus livros didáticos) e as explicações parecem insuficientes. Parece que a questão é como primeiro aprendemos sobre uma relação direta entre tensão e corrente (ou seja, um aumento na tensão gera um aumento na corrente se a resistência permanece a mesma) e depois aprendemos sobre linhas de energia com alta tensão e baixa corrente (porque, caso contrário, precisaríamos de fios grossos com alta corrente [o que correria o risco de superaquecimento devido ao efeito joule ou algo assim ou outro ..). Então, por favor, não me explique as razões de infra-estrutura pelas quais alta tensão e baixa corrente são necessárias para linhas de energia. Eu só preciso saber como é possível a alta tensão e a baixa corrente. Eu só estive estudando DC até agora, talvez o AC tenha regras que me esclarecessem ...

Você está confundindo "alta tensão" com "perda de alta tensão". A lei de Ohm governa a perda de tensão através de uma resistência para uma dada corrente que passa por ela. Como a corrente é baixa, a perda de tensão é correspondentemente baixa.

Você está confuso sobre a carga do consumidor e a resistência dos cabos.

O ponto é que a energia é o produto da tensão e da corrente. Para transmitir a mesma energia a uma carga do consumidor, você pode aumentar a tensão e diminuir a corrente.

Se a luz em sua casa precisa de 100W, digamos 10A a 10V, isso pode ser transferido diretamente da usina.

Digamos que o cabo entre sua casa e a planta tenha 10 Ohm. Se você afundar 10A da planta, ela deverá fornecer 110V: Em 10A, ocorre uma queda de tensão de 100V no cabo, mais os 10V necessários. Isso significa que você consome 100W enquanto o cabo gasta 1000W.

Agora, digamos que sua casa receba 1000V.

Obviamente, você precisa de um transformador para converter a tensão fornecida na tensão necessária à luz!

A corrente consumida da planta agora é de apenas 0,1A.

A queda de tensão no cabo agora é de apenas 1V, o que significa perda de 0,1W para alimentar sua luz de 100W. Isto é muito melhor.

O ponto é o uso do transformador que permite converter tensões e correntes enquanto mantém a potência:

Uma palavra: resistência . Lembre-se de que a tensão é calculada multiplicando a corrente pela resistência. Você pode ter uma alta diferença de potencial (que é a tensão) e uma corrente baixa , simplesmente com uma alta resistência para bloquear essa corrente.

Pense nisso como uma mangueira de água ligada a todo vapor, com uma pistola de mangueira presa ao final. A pistola de mangueira atua como um resistor variável controlado pelo usuário, portanto, embora exista alta energia potencial na mangueira (a água que quer fluir), a resistência é tão grande que pouca ou nenhuma água flui. À medida que o usuário pressiona o gatilho, a resistência diminui até que a água flua cada vez mais.

O sistema de distribuição de energia usa transformadores para aumentar ou diminuir a tensão.

Os transformadores lidam com energia (tensão vezes corrente). A potência alimentada em um transformador será igual à potência absorvida pelo transformador (negligenciando pequenas perdas), para que possamos calcular a tensão e a corrente em cada lado do transformador usando a fórmula

Vin x Iin = Vout x Iout

Usando esta fórmula, você pode ver que, se a tensão de entrada for 10 vezes a tensão de saída, a corrente de entrada deverá ser 1/10 da corrente de saída.

Sua confusão vem do fato de você estar esquecendo a resistência do receptor. Basicamente, fica assim:

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

A tensão no fio (ou usina) é alta e as resistências dos fios são baixas, então você acha que a corrente deve ser alta. Certo, mas agora considere que o receptor tem uma resistência muito alta. É isso que torna a corrente neste circuito baixa.

Então você tem alta tensão e baixa corrente devido à alta resistência do receptor entre os fios. É totalmente consistente com a lei de Ohm: e R é muito grande, então eu sou pequeno.$I=U/R$

Nesse cenário simplificado, se aumentarmos a tensão da usina, também devemos aumentar a resistência do receptor, se quisermos manter a potência do receptor constante.

Na realidade, os receptores funcionam atrás de transformadores que convertem alta tensão em baixa (constante, por exemplo, 230V na Europa). Portanto, no cenário acima, quando aumentamos a tensão na usina, precisamos mudar os transformadores (sua resistência) - não é necessário alterar a resistência do receptor. Tudo isso é transparente para o usuário final.

Isso explica como é possível ter alta tensão e baixa corrente. E porque é melhor?

Lembra-se da fórmula para poder em relação à resistência e corrente - é . Se você possui um fio com alguma resistência constante R e diminui a corrente 2 vezes (aumentando a tensão 2 vezes), a energia perdida nesse fio diminui 4 vezes. Por isso é bom ter alta voltagem.$P=I^2*R$

Bem, nós os chamamos de "linhas de energia" por uma razão ... o que estamos transmitindo é POWER. E como , podemos transmitir a mesma quantidade de energia a volts usando uma corrente de amperes ou a volts e amperes. (( ) é equivalente a ( ) )$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}$

Portanto, uma usina de energia pode transmitir a mesma quantidade de energia ( Watts neste exemplo) usando Volts e apenas um décimo de um Amp, ou Volts a Amp. O que motiva sua decisão, então? Dinheiro. A relação que você mencionou determina a queda de tensão nos cabos que transmitem energia. Naturalmente, esses cabos são projetados com a menor resistência possível, mas essa resistência não pode ser eliminada. Lembre-se de que , portanto, uma queda de tensão resulta em uma queda de energia. Qualquer perda de energia ao longo das linhas de transmissão é desperdício e a empresa de energia perde dinheiro.$1000$$10,000$$100$$10$$V=IR$$P=VI$

Observe também que, quando combinamos essas duas equações, podemos escrever a equação de potência como . Isso ilustra que a perda de potência é proporcional ao QUADRADO de corrente para uma resistência definida. Portanto, se a empresa de energia puder reduzir a corrente aumentando a tensão, o benefício dessa redução será elevado ao quadrado. Neste exemplo, diminuir a corrente em um fator de (de A para ) reduz a perda de energia em um fator de .$P=I^2R$$100$$10$$0.1$$10,000$

Uma maneira de analisar isso é perguntar o que está do outro lado da linha de energia: um cliente. O cliente não compra corrente ou tensão que compra energia (watts). Portanto, se um fornecedor de energia fornecer uma determinada quantidade de energia, ele poderá usar fios mais finos aumentando a tensão e diminuindo a corrente para uma determinada quantidade de energia.

Você diz, "isto é, um aumento na tensão gera um aumento na corrente se a resistência permanecer a mesma". Isso está correto, exceto que os circuitos de alta tensão usam resistências de carga mais altas para uma determinada potência.

por exemplo, 120 W, lâmpada de 120 V consumiria 1 A. (I = P / V = ​​120/120 = 1.) Sua resistência (quando quente) seria 120Ω. (R = V / I = 120/1 = 120.)

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Uma lâmpada de 120 W, 12 V consumiria 10 A (I = P / V = ​​120/12 = 10). Sua resistência (quando quente) seria 1,2Ω (R = V / I = 12/10 = 1,2). Observe que a queda da tensão em um fator de 10 exige que a corrente aumente em um fator de 10 para fornecer a mesma potência. Observe também que a resistência diminuiu 10² = 100!

Como seu intestino lhe disse, se você aumentar a tensão sem aumentar a resistência, a corrente aumentará.

Se P = IV, isso significaria que, se V aumentar, eu teria que diminuir. Por exemplo: se P = 12 um V = 3, eu teria que ser 4. Mas se você aumentar V - você renunciará por exemplo: se V se tornou 8, eu me tornaria 1,5. Uma corrente baixa é necessária porque menos energia é perdida. Imagine que os elétrons dentro do cabo eram compradores e que a energia que eles carregavam era dinheiro. Agora imagine uma fila de 100 compradores saindo correndo de um prédio, cada um carregando US $ 15, mas todos têm que passar por um beco (o beco é o cabo) e toda vez que esbarram um no outro, perdem US $ 1 (energia perdida como energia térmica). Agora imagine como seria se houvesse apenas 10 pessoas carregando US $ 150 e quanto menos elas perderiam.

Em resposta direta ao post original, parece-me que todos vocês complicaram demais o que realmente é a resposta à pergunta dele. Embora as informações fornecidas sejam ótimas para incluir, a pergunta parece não respondida. E = IR O seu entendimento de que um aumento de tensão deve resultar em um aumento de corrente está correto - troque uma bateria de 3v em um circuito simples por 9v e você também aumentou a corrente de 3x.

Alta tensão / baixa corrente e vice-versa é uma TRANSFORMAÇÃO do que JÁ existe - você não está trocando uma bateria (ou qualquer fonte de tensão) por outra. Um transformador funciona por causa da lei de watt: a potência é constante (a resistência é constante na lei de ohm) e a potência é a corrente x tensão, ou "P = EI"

Uma mudança na tensão é uma mudança inversa na corrente e vice-versa, onde a energia é conservada.

Parece-me que você está tendo problemas de conceituação , que abordarei em minha resposta.

É verdade que (1) E = IR é uma fórmula universal. No entanto, você deve entender que também pode ser expresso como (2) R = E / I e (3) I = E / R.

Usando o formulário (2), mostrarei sua compreensão atual da fórmula. Se você aumentar a tensão 10 vezes maior (10E), para manter a resistência igual (inalterada), a corrente também precisará aumentar 10 vezes R = E / I = 10E / 10I. No entanto, também posso aumentar a tensão e manter a corrente igual, aumentando a resistência 10 vezes I = E / R = 10E / 10R. Assim , com a forma (3), sou capaz de mostrar que é possível aumentar a tensão (10E) sem precisar aumentar a corrente (manter a corrente "baixa" (I)) .

Parece que existem três respostas gerais para essa pergunta até agora. Para resumir:

1. Transformadores são mágicos. Depois de introduzir os transformadores, V = IR não se aplica mais; portanto, é bom ter alta tensão e baixa corrente, porque o sistema não é mais ohmico. O sistema, no entanto, obedece à equação do transformador,

2. O sistema usina - linha de energia - receptor pode ser modelado essencialmente como um circuito de resistor único (onde usina = bateria, linhas de energia = fios e receptor = resistor único). Portanto, é a resistência do receptor que importa, e porque essa resistência tende a ser alta, todo o sistema obedece à lei de Ohm: alta tensão e alta resistência produzem baixa corrente

3. Há uma interpretação errônea fundamental da lei de Ohm em ação aqui. O V na lei de Ohm não é o valor da tensão no sistema, é a queda de tensão em um resistor ou elemento de circuito específico. Uma maneira menos desleixada de escrever a lei de Ohm pode ser . Assim, as linhas de força obedecem à lei de Ohm, e a confusão vem do fato de sermos desleixados em nossa linguagem. Portanto, uma linha de alta tensão pode ter uma tensão de 110kV no início (em relação ao terra) e 110kV - 2V no final, uma queda de tensão de△ V = 2 $\bigtriangleup V = I R$$\bigtriangleup V = 2V$ao longo do comprimento da linha de energia. A linha de energia tem resistividade razoavelmente baixa, portanto a resistência total é baixa e, portanto, queda de tensão baixa e baixa resistência produzem corrente baixa, de acordo com a lei de Ohm. Dessa forma, é totalmente bom ter valores de alta tensão e baixa corrente nas linhas de energia.

Destas três explicações, estou inclinado a acreditar na terceira. O primeiro é apenas uma reafirmação da equação e não nos fornece informações extras sobre o mecanismo físico ou a lógica da situação. O segundo é possível, mas parece que seria muito complicado pelo fato de haver realmente muitos receptores usando linhas de energia, de modo que ele deveria ser modelado como um circuito muito mais complexo. A terceira nos permite manter intacta a lei de Ohm, ao mesmo tempo que a compara com as outras equações relevantes.

Tudo isso dito, este é um modelo simplificado do que está acontecendo, ignorando efeitos mais complicados devido à CA em vez da CC.

Você também pode ter alta tensão e 0 corrente, se você simplesmente desconectar o circuito.