¿Cómo es posible tener alto voltaje y baja corriente? Parece contradecir la relación entre la corriente y el voltaje en E = IR

Confunde "alto voltaje" con "pérdida de alto voltaje". La Ley de Ohm gobierna la pérdida de voltaje a través de una resistencia para una corriente dada que pasa a través de ella. Dado que la corriente es baja, la pérdida de tensión es correspondientemente baja.

Está confundido acerca de la carga del consumidor y la resistencia de los cables.

El punto es que la potencia es el producto del voltaje y la corriente. Para transmitir la misma potencia a una carga de consumo, puede aumentar el voltaje y disminuir la corriente.

Si la luz en su casa necesita 100W, digamos 10A a 10V, esto puede transferirse directamente desde la planta de energía.

Digamos que el cable entre su casa y la planta tiene 10 ohmios. Si obtiene 10A de la planta, la planta debe proporcionar 110 V: a 10 A, se produce una caída de voltaje de 100 V en el cable, más los 10 V que necesita. Esto significa que consumes 100W mientras que el cable desperdicia 1000W.

Ahora, digamos que su casa recibe 1000V.

¡Por supuesto, necesita un transformador para convertir el voltaje suministrado al voltaje que necesita la luz!

La corriente consumida desde la planta ahora es solo de 0.1A.

La caída de voltaje en el cable ahora es de solo 1 V, lo que significa una pérdida de 0.1W para alimentar su luz de 100W. Esto es mucho mejor.

El punto es el uso del transformador que permite convertir voltajes y corrientes mientras se mantiene la potencia:

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

Una palabra: Resistencia . Recuerde que el voltaje se calcula multiplicando la corriente por la resistencia. Puede tener una gran diferencia de potencial (que es el voltaje) y una corriente baja, simplemente teniendo una alta resistencia para bloquear esa corriente.

Piense en ello como una manguera de agua activada a todo volumen, con una pistola de manguera conectada al extremo. La pistola de manguera actúa como una resistencia variable controlada por el usuario, por lo que aunque existe un alto potencial energético en la manguera (el agua que quiere fluir), la resistencia es tan grande que fluye poca o ninguna agua. A medida que el usuario presiona el gatillo, la resistencia disminuye hasta que el agua fluye cada vez más.

El sistema de distribución de energía usa transformadores para aumentar o disminuir el voltaje.

Los transformadores manejan la potencia (tensión por los tiempos actuales). La potencia suministrada a un transformador será igual a la potencia que se toma del transformador (descuidando las pequeñas pérdidas), por lo que podemos calcular el voltaje y la corriente en cada lado del transformador utilizando la fórmula

Vin x Iin = Vout x Iout

Usando esta fórmula, puedes ver que si el voltaje de entrada es 10 veces el voltaje de salida, la corriente de entrada debe ser 1/10 de la corriente de salida.

Su confusión proviene del hecho de que se está olvidando de la resistencia del receptor. Básicamente se ve así:

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

El voltaje en el cable (o planta de energía) es alto y las resistencias de los cables son bajas, por lo que piensa que la corriente debería ser alta. Correcto, pero ahora considera que el receptor tiene una resistencia muy alta. Esto es lo que hace que la corriente en este circuito sea baja.

Por lo tanto, tiene alta tensión y baja corriente debido a la alta resistencia del receptor entre los cables. Es totalmente consistente con la ley de Ohm: \ $ I = U / R \ $ y R es muy grande, entonces yo soy pequeño.

En este escenario simplificado, si aumentamos el voltaje de la planta de energía, también debemos aumentar la resistencia del receptor, si queremos mantener constante la potencia del receptor.

En realidad, los receptores funcionan detrás de transformadores que convierten el alto voltaje en bajo (constante, por ejemplo, 230 V en Europa). Entonces, en el escenario anterior, cuando aumentamos el voltaje en la planta de energía, solo necesitamos cambiar los transformadores (su resistencia), sin necesidad de cambiar la resistencia del receptor. Todo esto es transparente para el usuario final.

Esto explica cómo es posible tener alto voltaje y baja corriente. ¿Y por qué es mejor?

Recuerde la fórmula de poder en relación con la resistencia y la corriente: es \ $ P = I ^ 2 * R \ $. Si tiene un cable que tiene una resistencia constante R y luego disminuye la corriente 2 veces (al aumentar el voltaje 2 veces), la potencia perdida en este cable disminuye 4 veces. Por eso es bueno tener un alto voltaje.

Bueno, los llamamos "líneas eléctricas" por una razón ... lo que estamos transmitiendo es PODER. Y desde \ $ P = VI \ $, podemos transmitir la misma cantidad de energía a \ $ 10,000 \ $ volts usando una corriente de \ $ 0.1 \ $ amps, o a \ $ 100 \ $ volts y \ $ 10 \ $ amps. ((\ $ 10,000 \ text {V} \ times 0.1 \ text {A} = 1000 \ text {Watts} \ $) es equivalente a (\ $ 100 \ text {V} \ times 10 \ text {A} = 1000 \ text {Vatios} \ $)).

Por lo tanto, una planta de energía puede transmitir la misma cantidad de energía (\ $ 1000 \ $ vatios en este ejemplo) usando \ $ 10,000 \ $ Volts y solo una décima parte de un Amp, o \ $ 100 \ $ Volts a \ $ 10 \ $ Amps . ¿Qué motiva su decisión, entonces? Dinero. La relación \ $ V = IR \ $ que mencionó determina la caída de voltaje en los cables que transmiten energía. Naturalmente, esos cables están diseñados con la menor resistencia posible, pero esa resistencia no se puede eliminar. Recuerde que \ $ P = VI \ $, por lo que una caída en el voltaje resulta en una caída en la potencia. Cualquier pérdida de energía a lo largo de las líneas de transmisión es un desperdicio, y la compañía eléctrica pierde dinero.

También tenga en cuenta que cuando combinamos estas dos ecuaciones, podemos escribir la ecuación de potencia como \ $ P = I ^ 2R \ $. Esto ilustra que la pérdida de potencia es proporcional al CUADRADO de corriente para una resistencia establecida. Entonces, si la compañía eléctrica puede reducir la corriente elevando el voltaje, el beneficio de esa reducción es cuadrado. En este ejemplo, reducir la corriente en un factor de \ $ 100 \ $ (desde \ $ 10 \ $ Amps hasta \ $ 0.1 \ $ Amps) reduce la pérdida de energía en un factor de \ $ 10,000 \ $.

Una forma de verlo es preguntando qué hay en el otro extremo de la línea eléctrica: un cliente. El cliente no compra la corriente o el voltaje que compra energía (vatios). Por lo tanto, si un proveedor de energía entrega una cantidad determinada de energía, puede usar cables más delgados aumentando el voltaje y disminuyendo la corriente para una cantidad determinada de energía.     

Usted dice, "es decir, un aumento en el voltaje genera un aumento en la corriente si la resistencia permanece igual". Eso es correcto, excepto que los circuitos de mayor voltaje usan resistencias de carga más altas para una potencia dada.

por ejemplo La bombilla de 120 W, 120 V dibujaría 1 A. (I = P / V = 120/120 = 1). Su resistencia (cuando está caliente) sería 120. (R = V / I = 120/1 = 120.)

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Una bombilla de 120 W, 12 V dibujaría 10 A (I = P / V = 120/12 = 10). Su resistencia (cuando está caliente) sería 1.2Ω (R = V / I = 12/10 = 1.2). Tenga en cuenta que reducir la tensión en un factor de 10 requiere que la corriente aumente en un factor de 10 para obtener la misma potencia. También tenga en cuenta que la resistencia disminuyó en 10² = 100!

Como su instinto le dijo, si aumenta el voltaje sin aumentar la resistencia, la corriente aumentará.

Si P = IV, significaría que si V aumenta, tendría que disminuir. Por ejemplo: si P = 12 y V = 3 entonces tendría que ser 4. Pero si aumentas V: por ejemplo, si V se convierte en 8, entonces me convertiré en 1.5. Una baja corriente es necesaria porque se pierde menos energía. Imagine que los electrones dentro del cable eran compradores y que la energía que transportaban era dinero. Ahora imagine que una fila de 100 compradores que salen de un edificio cada uno cuesta $ 15, pero todos tienen que pasar por un callejón (el callejón es el cable) y cada vez que chocan entre sí pierden $ 1 (energía perdida como energía térmica). Ahora imagine cómo sería si solo 10 personas llevaran $ 150 y cuánto menos perderían.

En respuesta directa a la publicación original, me parece que todos ustedes han sobre-complicado lo que realmente es la respuesta a su pregunta. Si bien la inclusión de la información proporcionada es excelente, la pregunta parece no tener respuesta. E = IR Su comprensión de que un aumento en el voltaje debería resultar en un aumento en la corriente es correcta: cambie una batería de 3v en un circuito simple para un 9v y también habrá saltado la corriente 3x.

Alto voltaje / baja corriente y viceversa es una TRANSFORMACIÓN de lo que YA está allí: no está intercambiando una batería (ni ninguna fuente de voltaje) con otra. Un transformador funciona debido a la ley de vatios: la potencia es constante (la resistencia es constante en la ley de ohmios) y la potencia es corriente x voltaje, o "P = EI"

Un cambio en el voltaje es un cambio inverso en la corriente, y viceversa, donde se conserva la energía.

Me parece que estás teniendo conceptualización problemas, que abordaré en mi respuesta.

Es cierto que (1) E = IR es una fórmula universal. Sin embargo, debe comprender que también puede expresarse como (2) R = E / I, y (3) I = E / R.

Usando el formulario (2), mostraré su comprensión actual de la fórmula. Si aumenta el voltaje 10 veces (10E), para mantener la resistencia igual (sin cambios), la corriente también tendrá que aumentar 10 veces R = E / I = 10E / 10I. Sin embargo, también puedo aumentar el voltaje y mantener la corriente igual aumentando la resistencia 10 veces I = E / R = 10E / 10R. Entonces , con la forma (3), puedo mostrar que es posible aumentar la tensión (10E) sin tener que aumentar la corriente (mantener la corriente "baja" (I) ) .

Parece que hay tres respuestas generales a esta pregunta hasta ahora. Para resumir:

1. Los transformadores son mágicos. Una vez que introduce los transformadores, V = IR ya no se aplica, por lo que está bien tener alto voltaje y baja corriente porque el sistema ya no es óhmico. Sin embargo, el sistema obedece la ecuación del transformador,

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

2. El sistema de la planta de energía - línea de energía - receptor se puede modelar esencialmente como un circuito de resistencia única (donde la planta de energía = batería, las líneas de energía = cables y el receptor = resistencia única). Por lo tanto, lo que importa es la resistencia del receptor, y debido a que la resistencia tiende a ser alta, todo el sistema obedece la ley de Ohm: el alto voltaje y la alta resistencia producen baja corriente

3. Aquí hay una mala interpretación fundamental de la ley de Ohm. La V en la ley de Ohm no es el valor del voltaje en el sistema, es la caída de voltaje en una resistencia particular o elemento de circuito. Una forma menos descuidada de escribir la ley de Ohm podría ser \ $ \ bigtriangleup V = I R \ $. Así, las líneas de energía obedecen la ley de Ohm, y la confusión proviene del hecho de que somos descuidados en nuestro idioma. Por lo tanto, una línea eléctrica de alto voltaje puede tener un voltaje de 110 kV al inicio (en relación a tierra) y de 110 kV - 2 V al final, lo que da una caída de voltaje de \ $ \ bigtriangleup V = 2V \ $ a lo largo de la potencia línea. La línea eléctrica tiene una resistividad bastante baja, por lo que la resistencia total es baja y, por lo tanto, una baja caída de voltaje y una baja resistencia producen baja corriente, de acuerdo con la ley de Ohm. De esta manera, está totalmente bien tener valores de alto voltaje y baja corriente en las líneas eléctricas.

De estas tres explicaciones, me inclino a creer la tercera. El primero es solo una reafirmación de la ecuación, y no nos da información adicional sobre el mecanismo físico o la lógica de la situación. El segundo es posible, pero parece que sería demasiado complicado por el hecho de que en realidad hay muchos receptores dibujando en líneas eléctricas, por lo que realmente debería modelarse como un circuito mucho más complejo. El tercero nos permite mantener intacta la ley de Ohm y al mismo tiempo cuadrarla con las otras ecuaciones relevantes.

Dicho todo esto, este es un modelo simplificado de lo que sucede ignorando efectos más complicados debido a la CA en lugar de la DC.

También puede tener alto voltaje y corriente de 0, si simplemente desconecta el circuito.