Помогите решить / разобраться (Ф)

Сообщения без ответов | Активные темы | Избранное

Pineapple	Почему чем меньше сопротивление тем меньше напряжение? 27.05.2013, 22:03
17/01/13 622	Почему чем меньше сопротивление тем меньше напряжение, а если сопротивление больше, то и напряжение больше?

graviton	Re: Почему чем меньше сопротивление тем меньше напряжение? 27. 05.2013, 22:15
Заблокирован 10/03/13 ∞ 438 Запорожская сечь	Pineapple в сообщении #729223 писал(а): Почему чем меньше сопротивление тем меньше напряжение, а если сопротивление больше, то и напряжение больше? Обычно говорят о падении напряжения на нагрузке (сопротивлении).

_Ivana	Re: Почему чем меньше сопротивление тем меньше напряжение? 27. 05.2013, 23:38
05/09/12 2587	(Оффтоп) Ну это же очевидно, чем сильнее она сопротивляется, тем большее напряжение требуется, чтобы это преодолеть. А если почти не сопротивляется, то и напрягаться почти не надо…

arseniiv	Re: Почему чем меньше сопротивление тем меньше напряжение? 27. 05.2013, 23:44
Заслуженный участник 27/04/09 28128	Pineapple в сообщении #729223 писал(а): Почему чем меньше сопротивление тем меньше напряжение, а если сопротивление больше, то и напряжение больше? Да нет же, всё наоборот! Чем больше добавочное сопротивление, тем меньше напряжения достанется тому, что соединено последовательно с ним.

Pineapple	Re: Почему чем меньше сопротивление тем меньше напряжение? 28. 05.2013, 21:05
17/01/13 622	А если например есть проводник с сопротивлением 10 и на его подается 100В, то какое напряжение будет в этом проводнике?

warlock66613	Re: Почему чем меньше сопротивление тем меньше напряжение? 28.05.2013, 21:39
Заслуженный участник 02/08/11 6527	Pineapple в сообщении #729706 писал(а): если например есть проводник с сопротивлением 10 и на его подается 100В, то какое напряжение будет в этом проводнике? Напряжение — это разность потенциалов, поэтому оно «между» а не «в». Напряжение между концами этого проводника будет 100 вольт (потому что по условию оно таким поддерживается принудительно).

Pineapple	Re: Почему чем меньше сопротивление тем меньше напряжение? 28.05.2013, 21:49
17/01/13 622	А на что тогда влияет сопротивление?

Lahme	Re: Почему чем меньше сопротивление тем меньше напряжение? 28. 05.2013, 22:09
24/05/13 49	Pineapple Посмотрите закон Ома в полной форме (или закон Ома для цепи с ЭДС). Тогда — да, чем меньше сопротивление нагрузки, тем меньшая доля напряжения ЭДС ей достается. Потому что, просто так не «подается», есть какой-то источник питания.

warlock66613	Re: Почему чем меньше сопротивление тем меньше напряжение? 28. 05.2013, 22:13
Заслуженный участник 02/08/11 6527	Pineapple в сообщении #729744 писал(а): А на что тогда влияет сопротивление? Если напряжение поддерживается постоянным — то на силу тока. Обратно — если создаются такие условия, что сила тока постоянна, то при изменении сопротивления будет менятся напряжение. А если имеется источник тока с фиксированной эдс и внутренним сопротивлением, то будет меняться и напряжение и ток в соответсвии с законом Ома для полной цепи.

Показать сообщения за: Все сообщения1 день7 дней2 недели1 месяц3 месяца6 месяцев1 год Поле сортировки АвторВремя размещенияЗаголовокпо возрастаниюпо убыванию

Страница 1 из 1

[ Сообщений: 9 ]

Модераторы: photon, whiterussian, profrotter, Jnrty, Aer, Парджеттер, Eule_A, Супермодераторы

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей

Вы не можете начинать темы Вы не можете отвечать на сообщения Вы не можете редактировать свои сообщения Вы не можете удалять свои сообщения Вы не можете добавлять вложения

Найти:

Электроника как искусство: электрический ток / Хабр

Не влезай. Убьет! (с)

Среднестатистическая грамотность населения в области электроники и электротехники оставляет желать лучшего. Максимум, спаять схемку, а как она работает — темный лес. К сожалению, все русскоязычные учебники пестрят формулами и интегралами, от них любого человека потянет в сон. В англоязычной литературе дела обстоят несколько лучше. Попадаются довольно интересные издания, но камнем преткновения здесь уже выступает английский язык. Постараюсь изложить основные понятия по электротехнике максимально доступно, в вольном стиле, не от инженера инженеру, а от человека человеку. Сведущий читатель, возможно, тоже найдет для себя несколько интересных моментов.

Электрический ток

Пути электрического тока неисповедимы. (с) мысли из интернета

На самом деле, нет. Все так или иначе можно описать с помощью математической модели, моделирования, да даже прикинув по-быстренькому на бумажке, а некоторые уникумы делают это в голове. Кому как удобнее. На самом деле, эпиграф этой главы родился от незнания, что же такое электрический ток.

Электрический ток характеризуется несколькими параметрами. Напряжением U и током I. Конечно, все мы помним определения по физике, но мало кто понимает их значения. Начну с напряжения. Разность потенциалов или работа по перемещению заряда, как сухо и неинтересно пишут в учебниках. На самом деле, напряжение всегда измеряется между двумя точками. Оно характеризует способность создавать электрический ток между этими двумя точками. Назовем эти точки источником напряжения. Чем больше напряжение, тем больше ток. Меньше напряжения – меньше ток. Но об этом чуть позже.

Что же такое ток? Представьте аналогию русло реки – это провода, электрический ток – это скорость потока воды в реке. Тогда напряжение здесь – перепад высоты между начальной точкой реки и конечной точкой. Или напряжение – это насос гоняющий воду, если река течет в одной плоскости. Такие аналогии на начальных этапах очень помогают понять, что же происходит в электрической схеме. Но, в конечном итоге, лучше от них отказаться. Лучше представить ток как некий поток электронов. Количество заряда, перемещаемое в единицу времени. Конечно, в учебниках говорится, что де электроны движутся со скоростью несколько сантиметров в минуту и значение имеет лишь электромагнитное поле, но пока забудем про это. Итак, под током можно понимать движение электрического тока, т.е. заряда. Носители заряда, электроны, отрицательно заряжены и двигаются от отрицательного потенциала к положительному, электрический ток же имеет направление от положительного потенциала к отрицательному, от плюса к минусу, так принято для удобства и так мы будем пользоваться в дальнейшем, забыв про заряд электрона.

Конечно, сам по себе ток не появится, нужно создать напряжение между двумя точками и нужна какая-либо нагрузка для протекания тока через нее, подключенная к этим двум точками. Очень полезно знать свойство, что для протекания тока нужно два проводника: прямой, до нагрузки, и обратный, от нагрузки до источника. Например, если не замкнуты проводники источника напряжения, то тока не будет.

Что же такое источник напряжения? Представим его в виде черного ящика, имеющего как минимум два вывода для подключения. Самые простые примеры из реальной жизни: электрическая розетка, батарейка, аккумулятор и т.п.

Идеальный источник напряжения обладает неизменным напряжением при протекании через него любого значения тока. Что же будет, если замкнуть зажимы идеального источника напряжения? Потечет бесконечно большой ток. В реальности источники напряжения не могут отдать бесконечно большой ток, потому что обладают некоторым сопротивлением. Например, провода в сетевой розетке 220в от самой розетки до подстанции имеют сопротивление, пусть и малое, но довольно ощутимое. Провода от подстанций до электростанций тоже имеют сопротивление. Нельзя забывать про полное сопротивление трансформаторов и генераторов. Батарейки имеют внутреннее сопротивление, обусловленное внутренней химической реакцией, которая имеет конечную скорость протекания.

Что же такое сопротивление? Вообще, это тема довольно обширная. Возможно, опишу в одной из следующих глав. Если кратко – это параметр, связывающий ток и напряжение. Оно характеризует, какой ток потечет при приложенном напряжении к этому сопротивлению. Если говорить «водной» аналогией, то сопротивление – это дамба на пути реки. Чем меньше отверстие в дамбе – тем больше сопротивление. Эту связь описывает закон Ома: . Как говорится: «Не знаешь закон Ома, сиди дома!».

Зная закон Ома, не сидя дома, имея какой-либо источник тока с заданным напряжением и сопротивление в виде нагрузки, мы очень точно можем предсказать какой потечет ток.
Реальные источники напряжения имеют какое-то свое внутреннее напряжение и отдают некий конечный ток, называемый током короткого замыкания. При этом батареи и аккумуляторы еще и разряжаются со временем и имеют нелинейное внутреннее сопротивление. Но пока тоже забудем об этом, и вот почему. В реальных схемах удобнее проводить анализ с использованием сиюминутных мгновенных значений напряжения и тока, поэтому будем считать источники напряжения идеальными. За исключением того факта, когда потребуется посчитать максимальны ток, который способен отдать источник.

Насчет «водной» аналогии электрического тока. Как я уже писал, она не очень правдива, поскольку скорость движения реки до дамбы и после дамбы будет разным, также разным будет кол-во воды до и после дамбы. В реальных схемах электрический ток втекающий в резистор и вытекающий из него будет равен между собой. Ток по прямому проводу, к нагрузке, и по обратному проводу, от нагрузки до источника, тоже равен между собой. Ток ни откуда не берется и никуда не девается, сколько «втекло» в узел схемы, столько и «вытечет», даже если путей несколько. Например, если есть два пути протекания тока от источника, то он потечет по этим путям, при этом полный ток источника будет равен сумме двух токов. И так далее. Это и есть иллюстрация закона Кирхгофа. Это очень просто.

Также есть еще два важных правила. При параллельном соединении элементов, напряжение в каждом из элементов одинаково. Например, напряжение на резисторе R2 и R3, на рисунке выше, одинаковы, но токи могут быть разными, если резисторы имеют разные сопротивления, по закону Ома. Ток через батарейку равен току на резисторе R1 и равен сумме токов на резисторах R2 и R3. При последовательном соединении напряжения элементов складываются. Например, напряжение которое выдает батарея, т.е. ее ЭДС, равно напряжению на резисторе R1 + напряжение на резисторе R2 или R3.

Как я уже писал, напряжение измеряется всегда между двумя точками. Иногда, в литературе можно встретить: «Напряжение в точке такой-то». Это означает напряжение между этой точкой и точкой нулевого потенциала. Создать точку нулевого потенциала можно, например, заземлив схему. Обычно «землят» схему в месте самого отрицательно потенциала около источника питания, например, как на рисунке выше. Правда это бывает не всегда, да и применение нуля довольно условно, например, если нам нужно двухполярное питание +15 и -15 вольт, то «землить» надо уже не -15в, а потенциал посредине. Если же заземлить -15в, то мы получим 0, +15, +30в. См. рисунки ниже.

Заземление также применяется в качестве защитного или рабочего. Защитное заземление называют зануление. Если нарушится изоляция схемы в каком-нибудь другом участке, отличном от земли, то по нулевому проводу потечет большой ток и сработает защита, которая отключит часть схемы. Защиту мы должны предусмотреть заранее, поставив автоматический выключатель или иное устройство на пути протекания тока.

Иногда «землить» схему нельзя или невозможно. Вместо земли применяют термин общая точка или ноль. Напряжения в таких схемах указываются относительно общей точки. При этом вся схема относительно земли, т.е. нулевого потенциала может располагаться где угодно. См. рисунок.

Обычно, Xv близко к 0 вольт. Такие незаземленные схемы с одной стороны более безопасны, поскольку если человек прикоснется одновременно к схеме и земле ток не потечет, т. к. нет обратного пути протекания тока. Т.е. схема станет «заземлена» через человека. Но с другой стороны такие схемы каверзны. Если вдруг нарушится изоляция схемы от земли в какой-либо ее точке, то мы этого не узнаем. Что может быть опасно, при больших напряжениях Xv.

Вообще земля — это термин довольно обширный и расплывчатый. Есть очень много терминов и названий земли, смотря где «землить» схему. Под землей может пониматься как защитная земля, так и рабочая земля (по протеканию тока через нее при нормальной работе), как сигнальная земля, так и силовая земля (по роду тока), как аналоговая земля, так и цифровая земля (по роду сигнала). Под землей может пониматься общая точка или наоборот, под общей точкой пониматься земля или и быть ей. Также в схеме могут присутствовать все земли одновременно. Так что надо смотреть по контексту. Есть даже такая забавная картиночка в иностранной литературе, см. ниже. Но обычно земля – это схемные 0 вольт и это точка от которой измеряют потенциал схемы.

До сих пор, упоминая источник напряжения, я не касался рода этого самого напряжения. Напряжение есть меняющееся со временем и есть не меняющееся. Т.е. переменное и постоянное. Например, напряжение, меняющееся по синусоидальному закону всем хорошо знакомо, это напряжение сети 220в в бытовых розетках. С постоянным напряжением работать очень просто, мы это уже делали выше, когда рассматривали закон Кирхгофа. А что же делать с переменным напряжением и как его рассматривать?

На рисунке приведены несколько периодов переменного напряжения 220в 50Гц (синяя линия). Красная линия – постоянное напряжение 220в, для сравнения.

Определимся, сначала что такое напряжение 220в, кстати, по новому стандарту положено считать 230в. Это действующее значение напряжения. Амплитудное значение будет в корень из 2х раз выше и составит примерно 308в. Действующее значение – это такое значение напряжения, при котором за период переменного тока в проводнике выделяется столько же теплоты, сколько и при постоянном токе такого же напряжения. Выражаясь математическим языком – это среднеквадратичное значение напряжения. В английской литературе используется термин RMS, а приборы, которые измеряют истинное действующее значение имеют знак «true RMS».

На первый взгляд это может показаться неудобным, какое-то действующее значение, но это удобно для расчетов мощности без необходимости конвертации напряжения.

Переменное напряжение еще удобно рассматривать как постоянное напряжение, взятое в какой-либо точке времени. После чего проводить анализ схемы несколько раз, изменяя знак постоянного напряжение на обратный. Сначала рассмотреть работу схемы с постоянным положительным напряжением, потом, изменить знак, с положительного на отрицательный.
Для переменного напряжения также необходимо два провода. Они называются фаза и ноль. Иногда ноль заземляют. Такая система называется однофазной. Напряжение фазы измеряется относительно нуля и меняется со временем, как показано на рисунке выше. При положительной полуволне напряжения ток протекает от фазы к активной нагрузке и от нагрузки возвращается обратно по нулевому проводу. При отрицательной полуволне ток течет по нулевому проводу и возвращается по фазному.

В промышленности широко применяют трехфазную сеть. Это частный случай многофазных систем. По сути все тоже самое, что и однофазная система, только умноженная на 3, т.е. применение одновременно трех фаз и трех земель. Впервые изобретено Н. Тесла, впоследствии усовершенствовано М. О. Доливо-Добровольским. Усовершенствование состояло в том, что для передачи трехфазного электрического тока можно было выкинуть лишние провода, достаточно четырех: три фазы ABC и нулевой провод или же вовсе три фазы, отказавшись от нуля. Нулевой провод очень часто заземляют. На рисунке ниже ноль общий.

Почему же 3 фазы, и не больше, не меньше? С одной стороны, 3 фазы гарантированно создают вращающееся магнитное поле, так необходимое электрическим двигателям для вращения или получаемое от генераторов электростанций, с другой стороны это экономически выгодно с материальной точки зрения. Меньше нельзя, а больше и не нужно.

Чтобы гарантировано создавать вращающееся поле в трехфазной сети нужно чтобы фазы напряжения были сдвинуты друг относительно друга. Если принять полный период напряжения за 360 градусов, то 360/3 = 120 градусов. Т.е. напряжение каждой фазы сдвинуто относительно друг друга на 120 градусов. См. рисунок ниже.

Здесь показан график напряжения 3-х фазной сети 380в по времени. Как видно из рисунка, все тоже самое, что и с однофазной сетью, только напряжений стало больше. 380в – это так называемое линейное напряжение сети Uл, т.е. напряжение, измеряемое между двумя фазами. На рисунке показан пример нахождения мгновенного значения Uл. Оно также изменяется по синусоидальному закону. Также наряду с линейным напряжением различают фазное Uф. Оно измеряется между фазой и нулем. Фазное напряжение в данной трехфазной сети равно 220в. Под фазным и линейным напряжение, конечно же подразумевается действующее напряжение. Соотносятся линейное к фазному напряжению, как корень из трех.

Нагрузку к трехфазной сети можно подключать как угодно – к фазному напряжению: между какой-либо фазой и нулем, либо к линейному напряжению: между двумя фазами. Если нагрузка подключена к фазному напряжению, то такая схема соединения называется звездой. Она и показана выше. Если к линейному напряжения – то соединение треугольником. Если одинаковая нагрузка подключается к линейным напряжениям между всеми тремя фазами, то такие сети симметричные. Ток через нулевой провод в симметричных сетях не течет. См рис. ниже. Промышленные сети также считаются условно симметричными. Как правило ноль в таких сетях присутствует, но лишь в защитных целях. Иногда может и отсутствовать вообще. Веселая картиночка из вики наглядно иллюстрирует как протекает ток в таких сетях.

На этом кратенький обзор по электросетям и электричеству завершен. Возможно в будущем объясню на пальцах как работает диод и транзистор, что такое стабилитрон, тиристор и другие элементы. Пишите, про что вам интересно почитать.

Библиографический список

1. Искусство схемотехники, П. Хоровиц. 2003.
2. GROUNDS FOR GROUNDING. A Circuit-to-System Handbook, Elya B. Joffe, Kai-Sang Lock.
3. Wiki и интернет ресурсы.

Как возможно иметь высокое напряжение и малый ток? Кажется, это противоречит соотношению между током и напряжением в E=IR

. спросил 8 лет, 2 месяца назад

Изменено 4 года, 7 месяцев назад

Просмотрено 166 тысяч раз

\$\начало группы\$

Я читал разные форумы и смотрел несколько ютубов (в дополнение к чтению моих учебников), и объяснения, кажется, не соответствуют действительности. Проблема, по-видимому, заключается в том, как нас сначала учат о прямой зависимости между напряжением и током (то есть увеличение напряжения приводит к увеличению тока, если сопротивление остается прежним), а затем нас учат о линиях электропередач с высоким напряжением. и малый ток (потому что в противном случае нам понадобились бы толстые провода, по которым течет большой ток [что может привести к перегреву из-за эффекта джоуля или чего-то еще ..). Поэтому, пожалуйста, не объясняйте мне инфраструктурные причины, почему для линий электропередач необходимо высокое напряжение и малый ток. Мне просто нужно знать, насколько возможно высокое напряжение и малый ток. До сих пор я изучал только DC, так что, возможно, в AC есть правила, которые могли бы меня просветить … но я думал, что формула E = IR универсальна.

• напряжение
• ток

\$\конечная группа\$

10

\$\начало группы\$

Вы путаете «высокое напряжение» с «высокой потерей напряжения». Закон Ома регулирует потери напряжения на сопротивлении при заданном токе, проходящем через него. Поскольку ток низкий, напряжение потерь соответственно низкое.

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

Вы запутались в потребительской нагрузке и сопротивлении кабелей.

Дело в том, что мощность есть произведение напряжения и силы тока. Для передачи той же мощности в нагрузку потребителя можно увеличить напряжение и уменьшить ток.

Если для освещения в вашем доме требуется 100 Вт, скажем, 10 А при 10 В, это можно передать напрямую от электростанции.

Допустим, кабель между вашим домом и заводом имеет сопротивление 10 Ом. Если с завода 10А слить, то завод должен дать 110В: При 10А происходит падение напряжения на кабеле 100В, плюс нужные вам 10В. Это означает, что вы потребляете 100 Вт, а кабель тратит 1000 Вт.

Предположим, в ваш дом подается напряжение 1000 В.

Конечно, вам нужен трансформатор для преобразования подаваемого напряжения в напряжение, необходимое для освещения!

Ток, потребляемый заводом, теперь всего 0,1А.

Падение напряжения на кабеле теперь составляет всего 1 В, что означает потери 0,1 Вт для питания 100-ваттного фонаря. Это намного лучше.

Суть в использовании трансформатора, позволяющего преобразовывать напряжения и токи при сохранении мощности:

$$U_1\cdot I_1=U_2\cdot I_2=const.$$

\$\конечная группа\$

4

\$\начало группы\$

Одно слово: Сопротивление . Напомним, что напряжение рассчитывается путем умножения тока на сопротивление. У вас может быть высокая разность потенциалов (именно это и есть напряжение) и низкий ток просто за счет наличия высокого сопротивления, блокирующего этот ток.

Думайте об этом как о водяном шланге, включенном на полную мощность, с прикрепленным к концу шланговым пистолетом. Пистолет для шланга действует как переменный резистор, управляемый пользователем, поэтому, несмотря на то, что в шланге есть высокая потенциальная энергия (вода хочет течь), сопротивление настолько велико, что вода практически не течет. Когда пользователь нажимает на курок, сопротивление снижается до тех пор, пока вода не будет течь все больше и больше.

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

Ну, мы называем их «линиями электропередач» не просто так… мы передаем ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ. А поскольку \$P=VI\$, мы можем передавать такое же количество энергии при \$10 000\$ вольт, используя ток в \$0,1\$ ампер, или при \$100\$ вольт и \$10\$ ампер. ((\$10,000 \text{V} \times 0.1 \text{A} = 1000\text{Ватт}\$) эквивалентно (\$100\text{V} \times 10\text{A} = 1000\text {Ватт}\$)).

Таким образом, электростанция может передавать такое же количество энергии (в данном примере \$1000\$ Ватт), используя \$10 000\$ Вольт и всего одну десятую Ампера, или \$100\$ Вольт при \$10\$ Ампер. Чем тогда мотивировано их решение? Деньги. Упомянутая вами зависимость \$V=IR\$ определяет падение напряжения на кабелях, передающих энергию. Естественно, эти кабели рассчитаны на максимально низкое сопротивление, но это сопротивление не может быть устранено. Напомним, что \$P=VI\$, поэтому падение напряжения приводит к падению мощности. Любая потеря мощности на линиях электропередачи является расточительством, а энергетическая компания теряет деньги. 92р\$. Это показывает, что потеря мощности пропорциональна КВАДРАТУ тока для установленного сопротивления. Таким образом, если энергетическая компания может снизить ток за счет повышения напряжения, выгода от этого снижения будет квадратичной. В этом примере уменьшение силы тока в \$100\$ (с \$10\$ ампер до \$0,1\$ ампер) уменьшает потери мощности в \$10 000\$.

\$\конечная группа\$

0

\$\начало группы\$

Ваше замешательство вызвано тем, что вы забыли о сопротивлении приемника. В основном это выглядит так:

 силовая установка -> провод -> приемник -> обратный провод -> силовая установка
 

Напряжение в проводе (или электростанции) высокое, а сопротивление проводов низкое, поэтому вы считаете, что ток должен быть большим. Верно, но теперь учтите, что приемник имеет очень высокое сопротивление. Это то, что делает ток в этой цепи низким.

Итак, у вас высокое напряжение и низкий ток из-за большого сопротивления приемника между проводами. Это полностью соответствует закону Ома: \$I=U/R\$ а R очень большой, поэтому I маленький.

В этом упрощенном сценарии, если мы увеличиваем напряжение силовой установки, мы также должны увеличить сопротивление приемника, если мы хотим сохранить постоянную мощность приемника.

На самом деле приемники работают за трансформаторами, которые преобразуют высокое напряжение в низкое (постоянное, например, 230 В в Европе). Таким образом, в приведенном выше сценарии, когда мы увеличиваем напряжение в электростанции, нам просто нужно изменить трансформаторы (их сопротивление) — не нужно менять сопротивление приемника. Все это прозрачно для конечного пользователя. 92*Р\$. Если у вас есть провод, который имеет некоторое постоянное сопротивление R, а затем вы уменьшите ток в 2 раза (увеличив напряжение в 2 раза), мощность, теряемая в этом проводе, уменьшится в 4 раза. Вот почему хорошо иметь высокое напряжение.

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

В системе распределения электроэнергии используются трансформаторы для повышения или понижения напряжения.

Трансформаторы управляют мощностью (напряжение умножается на ток). Мощность, подаваемая на трансформатор, будет равна мощности, отбираемой от трансформатора (без учета малых потерь), поэтому мы можем рассчитать напряжение и ток на каждой стороне трансформатора по формуле 9.0005

Vin x Iin = Vout x Iout

Используя эту формулу, вы можете видеть, что если входное напряжение в 10 раз превышает выходное напряжение, входной ток должен составлять 1/10 от выходного тока.

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

Один из способов взглянуть на это — спросить, что находится на другом конце линии электропередач: клиент. Клиент не покупает ток или напряжение, он покупает мощность (ватты). Таким образом, если поставщик электроэнергии поставляет определенное количество энергии, он может использовать более тонкие провода, повышая напряжение и снижая ток для заданного количества энергии.

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Вы говорите, «то есть увеличение напряжения приводит к увеличению тока, если сопротивление остается прежним». Это правильно, за исключением того, что в цепях с более высоким напряжением для данной мощности используются более высокие сопротивления нагрузки.

напр. Лампа мощностью 120 Вт, 120 В будет потреблять 1 А. (I = P/V = 120/120 = 1.) Ее сопротивление (в горячем состоянии) будет 120 Ом. (R = V/I = 120/1 = 120.)

^{смоделируйте эту цепь — схема создана с помощью CircuitLab}

Лампа мощностью 120 Вт, 12 В потребляет 10 А (I = P/V = 120/12 = 10). Его сопротивление (в горячем состоянии) будет 1,2 Ом (R = V/I = 12/10 = 1,2). Обратите внимание, что падение напряжения в 10 раз требует увеличения тока в 10 раз, чтобы обеспечить ту же мощность. Также обратите внимание, что сопротивление уменьшилось на 10² = 100!

Как подсказала вам ваша интуиция, если вы увеличите напряжение без увеличения сопротивления, ток возрастет.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Если P = IV, это будет означать, что при увеличении V мне придется уменьшаться. Например: если P = 12 и V = 3, то я должен был бы быть 4. Но если вы увеличиваете V — вы понижаете I, например: если V стало 8, то я стал бы 1,5. Низкий ток необходим, потому что меньше энергии теряется. Представьте, что электроны в кабеле были покупателями, а энергия, которую они несли, была деньгами. Теперь представьте себе очередь из 100 покупателей, выбегающих из здания, каждый из которых несет по 15 долларов, но все они должны пройти через переулок (переулок — это кабель), и каждый раз, когда они сталкиваются друг с другом, они теряют 1 доллар (энергия теряется в виде тепловой энергии). А теперь представьте, что было бы, если бы всего 10 человек несли по 150 долларов, и насколько меньше они потеряли бы.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

В прямом ответе на исходный пост мне кажется, что вы все слишком усложнили ответ на его вопрос. Хотя предоставленная вами информация хороша для включения, вопрос кажется без ответа. Э=ИК Ваше понимание того, что увеличение напряжения должно привести к увеличению тока, верно — замените 3-вольтовую батарею в простой схеме на 9-вольтовую, и вы также подскочили в 3 раза по току.

Высокое напряжение/низкий ток и наоборот — это ПРЕОБРАЗОВАНИЕ того, что УЖЕ есть — вы не заменяете батарею (или любой источник напряжения) на другую. Трансформатор работает по закону Ватта: мощность постоянна (сопротивление постоянно по закону Ома) а мощность равна току x напряжению, или «P = EI»

Изменение напряжения является обратным изменением тока и наоборот, когда мощность сохраняется.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Мне кажется, что у вас концептуализация проблемы, о которых я расскажу в своем ответе.

Это правда, что (1) E = IR является универсальной формулой. Однако вы должны понимать, что это также может быть выражено как (2) R = E/I и (3) I = E/R.

Используя форму(2), я покажу ваше текущее понимание формулы. Если вы увеличите напряжение в 10 раз (10E), чтобы сопротивление осталось прежним (неизменным), ток также должен увеличиться в 10 раз R = E/I = 10E/10I. Однако я также могу увеличить напряжение и сохранить ток таким же, увеличив сопротивление в 10 раз: I = E/R = 10E/10R. Итак, , с помощью формы (3) я могу показать, что можно увеличить напряжение (10E) без увеличения тока (поддерживать ток «низким» (I)) .

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Похоже, на данный момент есть три общих ответа на этот вопрос. Подведем итог:

1. Трансформеры волшебные. Как только вы вводите трансформаторы, V = IR больше не применяется, поэтому можно иметь высокое напряжение и малый ток, потому что система больше не является омической. Однако система подчиняется уравнению трансформатора

$$V_1\times I_1 = V_2\times I_2 = \text{constant} $$

2. Система электростанция — линия электропередач — приемник может быть смоделирована по существу как схема с одним резистором (где электростанция = батарея, линии электропередач = провода, а приемник = одиночный резистор). Таким образом, значение имеет сопротивление приемника, и, поскольку это сопротивление имеет тенденцию быть высоким, вся система подчиняется закону Ома: высокое напряжение и высокое сопротивление приводят к низкому току

3. Здесь имеет место фундаментальное неправильное толкование закона Ома. V в законе Ома — это не значение напряжения в системе, а падение напряжения на конкретном резисторе или элементе цепи. Менее небрежным способом записи закона Ома может быть \$ \bigtriangleup V = I R \$. Таким образом, линии электропередач действительно подчиняются закону Ома, а путаница возникает из-за того, что мы неряшливы в своем языке. Таким образом, высоковольтная линия электропередачи может иметь напряжение 110 кВ в начале (относительно земли) и 110 кВ — 2 В в конце, что дает падение напряжения \$\bigtriangleup V = 2В\$ по длине линии электропередачи. линия. Линия электропередачи имеет довольно низкое удельное сопротивление, поэтому общее сопротивление низкое, поэтому низкое падение напряжения и низкое сопротивление дают низкий ток в соответствии с законом Ома. Таким образом, совершенно нормально иметь высокие значения напряжения и низкий ток в линиях электропередач.

Из этих трех объяснений я склонен верить третьему. Первый — это просто переформулировка уравнения, не дающая нам никакой дополнительной информации о физическом механизме или логике ситуации. Второе возможно, но кажется, что это будет слишком сложно из-за того факта, что на самом деле есть много приемников, подключенных к линиям электропередач, поэтому его действительно следует моделировать как гораздо более сложную схему. Третье позволяет нам сохранить закон Ома нетронутым, а также сопоставить его с другими соответствующими уравнениями.

При всем при этом это упрощенная модель того, что происходит, игнорируя более сложные эффекты переменного тока вместо постоянного.

У вас также может быть высокое напряжение и нулевой ток, если просто отключить цепь.

\$\конечная группа\$

Почему показания напряжения увеличиваются при увеличении резистивной нагрузки?

\$\начало группы\$

Я новичок в электронике. Так что в основном я уже понимаю закон Ома и математику, почему это так. Чего я не понимаю, так это идеи, стоящей за этим.

Не должно ли чем больше сопротивление нагрузки, тем меньше напряжение? Сопротивление должно «сопротивляться» и, таким образом, снижать напряжение. Я надеюсь, что я имею смысл.

Вот напряжение разомкнутой цепи батареи:

В этом другом сценарии я поместил шунт на 2 Ом, который должен идти параллельно шунту, присутствующему в вольтметре. Это означает, в моем понимании, что чем ниже значение вашего сопротивления, тем ниже напряжение, потребляемое от батареи.

• напряжение
• сопротивление
• делитель напряжения

\$\конечная группа\$

7

\$\начало группы\$

Ваша схема представляет собой делитель напряжения и ведет себя точно так, как ожидалось. Ничего особенного в том, что одно сопротивление называется «внутренним сопротивлением батареи». Теория цепей не слишком заботится об именах, а только о поведении.

^{смоделируйте эту схему — схема, созданная с помощью CircuitLab}

R1 и R2||R3 образуют делитель напряжения. Так как R3>>R2, R3 можно игнорировать без внесения большой ошибки. Таким образом, у вас есть делитель напряжения R1 и R2, выходное напряжение которого равно \$ V_1 \cdot R_2/(R_1+R_2) \$.

Не должно ли чем больше сопротивление нагрузки, тем меньше напряжение?

Ваша интуиция отстала. Вы должны подумать: чем больше нагрузка , проводимость , тем меньше напряжение, так как чем лучше проводящая нагрузка, тем больше она ведет себя как короткое замыкание, а напряжение на идеальном коротком замыкании равно нулю.

Здесь короткое замыкание, как и разомкнутая цепь, является абстрактным понятием. Настоящие короткие замыкания никогда не имеют нулевого сопротивления, если только они не являются сверхпроводниками. И даже сверхпроводники не идеальны — они перестают работать, когда ток становится слишком большим или когда они слишком нагреваются, а затем «перестает работать» означает, что дела идут бумом или что вещи очень быстро дорожают. 9{-1} \$.

R3>>R2 означает, что «R3 намного больше, чем R2», обычно \$ R_3 \ge 32R_2 \$, хотя некоторым подходит коэффициент 10 — это зависит от того, насколько точными должны быть ваши модели.

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

Если бы у вас была идеальная батарея (т.е. без R1), то вы бы измеряли одно и то же напряжение независимо от нагрузки (резисторы R4 и R5).

Настоящую батарею с внутренним сопротивлением можно представить как идеальный источник напряжения (который всегда будет оставаться на уровне 10 В) и внутренний резистор R1. Чем больше ток, тем больше напряжения вы теряете на R1, поэтому напряжение на реальной батарее уменьшается. И если вы уменьшите сопротивление нагрузки, вы увеличите ток (чем меньше проблем с перемещением электронов, тем больше). Таким образом, чем меньше R4 и R5, тем больше ток и, следовательно, больше потеря напряжения на R1, что означает меньшее видимое напряжение на аккумуляторе.

Еще один способ убедиться в этом — последовательно подключить 2 резистора (R1 и {R4, R5}). Вы разделяете напряжение батареи (10 В) на 2 резистора: больший резистор в пропорции получает наибольшую долю. Таким образом, если вы уменьшите {R4, R5}, у вас будет меньше напряжения на них (и больше на R1, так что сумма останется 10 В)

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Потому что сопротивление должно «сопротивляться» и, таким образом, снижать напряжение… Это означает, в моем понимании, что чем ниже значение вашего сопротивления, тем ниже напряжение, получаемое от батареи.

Ваше предположение верно, если сопротивление подключено последовательно к нагрузке и вас интересует напряжение на нагрузке.

Напряжение на резисторе представляет собой потерю (падение), вычитаемую из входного напряжения; остальное — полезное напряжение на нагрузке. С этой точки зрения потери (падение напряжения) увеличиваются при увеличении сопротивления; усиление уменьшается и это соответствует вашему мнению. Сеть из двух последовательно соединенных элементов образует «делитель напряжения», который можно увидеть повсюду в этом мире.

В вашем случае сопротивление подключено параллельно нагрузке и отношение обратное. Теперь полезно напряжение на резисторе, так как это напряжение нагрузки. Сеть из двух параллельно соединенных элементов образует «делитель тока».

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Не должно ли чем больше сопротивление нагрузки, тем меньше напряжение? Потому что сопротивление должно «сопротивляться» и, таким образом, снижать напряжение.

Джош толкает машину. Источник изображения: Omegaman на Flickr. Лицензия Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 2.0 Generic (CC BY-NC-SA 2.0).

Напряжение и давление или сила несколько аналогичны. На фотографии мы видим, что Джош наклоняется под большим углом, чтобы приложить силу к машине, чтобы заставить ее двигаться.