Чем больше ток тем меньше напряжение: Закон Ома — формулировка простыми словами, определение

Закон Ома — формулировка простыми словами, определение

Покажем, как применять знание физики в жизни

Начать учиться

207.9K

Резистор — смелый элемент, потому что умудряется противостоять хитрому и умному электрическому току. О том, почему ток вдруг хитрый, и как все величины электрической цепи взаимосвязаны — в этой статье.

Сопротивление

Представьте, что есть труба, в которую затолкали камни. Вода, которая протекает по этой трубе, станет течь медленнее, потому что у нее появилось сопротивление. Точно также будет происходить с электрическим током.

Сопротивление — физическая величина, которая показывает способность проводника пропускать электрический ток. Чем выше сопротивление, тем ниже эта способность.

Теперь сделаем «каменный участок» длиннее, то есть добавим еще камней. Воде будет еще сложнее течь.

Сделаем трубу шире, оставив количество камней тем же — воде полегчает, поток увеличится.

Теперь заменим шероховатые камни, которые мы набрали на стройке, на гладкие камушки из моря. Через них проходить тоже легче, а значит сопротивление уменьшается.

Электрический ток реагирует на эти параметры аналогичным образом: при удлинении проводника сопротивление увеличивается, при увеличении поперечного сечения (ширины) проводника сопротивление уменьшается, а если заменить материал — изменится в зависимости от материала.

Эту закономерность можно описать следующей формулой:

Сопротивление R = ρ · l/S R — сопротивление [Ом] l — длина проводника [м] S — площадь поперечного сечения [мм2] ρ — удельное сопротивление [Ом · мм2/м]

Единица измерения сопротивления — ом.

Названа в честь физика Георга Ома.

Будьте внимательны!

Площадь поперечного сечения проводника и удельное сопротивление содержат в своих единицах измерения мм². В таблице удельное сопротивление всегда дается в такой размерности, да и тонкий проводник проще измерять в мм². При умножении мм² сокращаются и мы получаем величину в СИ.

Но это не отменяет того, что каждую задачу нужно проверять на то, что там мм² в обеих величинах! Если это не так, то нужно свести не соответствующую величину к мм².

Знайте!

СИ — международная система единиц. «Перевести в СИ» означает перевод всех величин в метры, килограммы, секунды и другие единицы измерения без приставок. Исключение составляет килограмм с приставкой «кило».

Удельное сопротивление проводника — это физическая величина, которая показывает способность материала пропускать электрический ток. Это табличная величина, она зависит только от материала.

Узнай, какие профессии будущего тебе подойдут

Пройди тест — и мы покажем, кем ты можешь стать, а ещё пришлём подробный гайд, как реализовать себя уже сейчас

Таблица удельных сопротивлений различных материалов

Материал	Удельное сопротивление ρ, Ом · мм2/м
Алюминий	0,028
Бронза	0,095–0,1
Висмут	1,2
Вольфрам	0,05
Железо	0,1
Золото	0,023
Иридий	0,0474
Константан (сплав NiCu + Mn)	0,5
Латунь	0,025–0,108
Магний	0,045
Манганин (сплав меди марганца и никеля — приборный)	0,43–0,51
Медь	0,0175
Молибден	0,059
Нейзильбер (сплав меди, цинка и никеля)	0,2
Натрий	0,047
Никелин (сплав меди и никеля)	0,42
Никель	0,087
Нихром (сплав никеля, хрома, железа и марганца)	1,05–1,4
Олово	0,12
Платина	0,107
Ртуть	0,94
Свинец	0,22
Серебро	0,015
Сталь	0,103–0,137
Титан	0,6
Хромаль	1,3–1,5
Цинк	0,054
Чугун	0,5–1,0

Резистор

Все реальные проводники имеют сопротивление, но его стараются сделать незначительным. В задачах вообще используют словосочетание «идеальный проводник», а значит лишают его сопротивления.

Из-за того, что проводник у нас «кругом-бегом-такой-идеальный», чаще всего за сопротивление в цепи отвечает резистор. Это устройство, которое нагружает цепь сопротивлением.

Вот так резистор изображается на схемах:

В школьном курсе физики используют европейское обозначение, поэтому запоминаем только его. Американское обозначение можно встретить, например, в программе Micro-Cap, в которой инженеры моделируют схемы.

Вот так резистор выглядит в естественной среде обитания:

Полосочки на нем показывают его сопротивление.

На сайте компании Ekits, которая занимается продажей электронных модулей, можно выбрать цвет резистора и узнать значение его сопротивления:

Источник: сайт компании Ekits

О том, зачем дополнительно нагружать сопротивлением цепь, мы поговорим в этой же статье чуть позже.

Реостат

Есть такие выключатели, которые крутишь, а они делают свет ярче-тусклее. В такой выключатель спрятан резистор с переменным сопротивлением — реостат.

Стрелка сверху — это ползунок. По сути, он отсекает ту часть резистора, которая находится от него справа. То есть, если мы двигаем ползунок вправо — мы увеличиваем длину резистора, а значит и сопротивление. И наоборот — двигаем влево и уменьшаем.

По формуле сопротивления это очень хорошо видно, так как длина проводника находится в числителе:

Сопротивление R = ρ · l/S R — сопротивление [Ом] l — длина проводника [м] S — площадь поперечного сечения [мм2] ρ — удельное сопротивление [Ом · мм2/м]

Закон Ома для участка цепи

С камушками в трубе все понятно, но не только же от них зависит сила, с которой поток воды идет по трубе — от насоса, которым мы эту воду качаем, тоже зависит. Чем сильнее качаем, тем больше течение. В электрической цепи функцию насоса выполняет источник тока.

Например, источником может быть гальванический элемент (привычная батарейка). Батарейка работает на основе химических реакций внутри нее. В результате этих реакций выделяется энергия, которая потом передается электрической цепи.

У любого источника обязательно есть полюса — «плюс» и «минус». Полюса — это его крайние положения, по сути клеммы, к которым присоединяется электрическая цепь. Собственно, ток как раз течет от «+» к «−».

У нас уже есть две величины, от которых зависит электрический ток в цепи — напряжение и сопротивление. Кажется, пора объединять их в закон.

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на его концах и обратно пропорциональна его сопротивлению.

Математически его можно описать вот так:

Закон Ома для участка цепи I = U/R I — сила тока [A] U — напряжение [В] R — сопротивление [Ом]

Напряжение измеряется в Вольтах и показывает разницу между двумя точками цепи: от этой разницы зависит, насколько сильно будет течь ток — чем больше разница, тем выше напряжение и ток будет течь сильнее.

Сила тока измеряется в амперах, а подробнее о ней вы можете прочитать в нашей статье. 😇

Давайте решим несколько задач на закон Ома для участка цепи.

Задача раз

Найти силу тока в лампочке накаливания торшера, если его включили в сеть напряжением 220 В, а сопротивление нити накаливания равно 880 Ом.

Решение:

Возьмем закон Ома для участка цепи:

I = U/R

Подставим значения:

I = 220/880 = 0,25 А

Ответ: сила тока, проходящего через лампочку, равна 0,25 А

Давайте усложним задачу. И найдем силу тока, зная все параметры для вычисления сопротивления и напряжение.

Задача два

Найти силу тока в лампочке накаливания, если торшер включили в сеть напряжением 220 В, а длина нити накаливания равна 0,5 м, площадь поперечного сечения 0,01 мм², а удельное сопротивление нити равно 1,05 Ом · мм²/м.

Решение:

Сначала найдем сопротивление проводника.

R = ρ · l/S

Площадь дана в мм², а удельное сопротивления тоже содержит мм² в размерности.

Это значит, что все величины уже даны в СИ и перевод не требуется:

R = 1,05 · 0,5/0,01 = 52,5 Ом

Теперь возьмем закон Ома для участка цепи:

I = U/R

Подставим значения:

I = 220/52,5 ≃ 4,2 А

Ответ: сила тока, проходящего через лампочку, приблизительно равна 4,2 А

А теперь совсем усложним! Определим материал, из которого изготовлена нить накаливания.

Задача три

Из какого материала изготовлена нить накаливания лампочки, если настольная лампа включена в сеть напряжением 220 В, длина нити равна 0,5 м, площадь ее поперечного сечения равна 0,01 мм², а сила тока в цепи — 8,8 А

Решение:

Возьмем закон Ома для участка цепи и выразим из него сопротивление:

I = U/R

R = U/I

Подставим значения и найдем сопротивление нити:

R = 220/8,8 = 25 Ом

Теперь возьмем формулу сопротивления и выразим из нее удельное сопротивление материала:

R = ρ · l/S

ρ = RS/l

Подставим значения и получим:

ρ = 25 · 0,01/0,5 = 0,5 Ом · мм²/м

Обратимся к таблице удельных сопротивлений материалов, чтобы выяснить, из какого материала сделана эта нить накаливания.

Ответ: нить накаливания сделана из константана.

Закон Ома для полной цепи

Мы разобрались с законом Ома для участка цепи. А теперь давайте узнаем, что происходит, если цепь полная: у нее есть источник, проводники, резисторы и другие элементы.

В таком случае вводится закон Ома для полной цепи: сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению.

Так, стоп. Слишком много незнакомых слов — разбираемся по порядку.

Что такое ЭДС и откуда она берется

ЭДС расшифровывается, как электродвижущая сила. Обозначается греческой буквой ε и измеряется, как и напряжение, в Вольтах.

ЭДС — это сила, которая движет заряженные частицы в цепи. Она берется из источника тока. Например, из батарейки.

Химическая реакция внутри гальванического элемента (это синоним батарейки) происходит с выделением энергии в электрическую цепь. Именно эта энергия заставляет частицы двигаться по проводнику.

Зачастую напряжение и ЭДС приравнивают и говорят, что это одно и то же. Формально, это не так, но при решении задач чаще всего и правда нет разницы, так как эти величины обе измеряются в Вольтах и определяют очень похожие по сути своей процессы.

В виде формулы Закон Ома для полной цепи будет выглядеть следующим образом:

Закон Ома для полной цепи I — сила тока [A] ε — ЭДС [В] R — сопротивление нагрузки [Ом] r — внутреннее сопротивление источника [Ом]

Любой источник не идеален. В задачах это возможно («источник считать идеальным», вот эти вот фразочки), но в реальной жизни — точно нет. В связи с этим у источника есть внутреннее сопротивление, которое мешает протеканию тока.

Решим задачу на полную цепь.

Задачка

Найти силу тока в полной цепи, состоящей из одного резистора сопротивлением 3 Ом и источником с ЭДС равной 4 В и внутренним сопротивлением 1 Ом

Решение:

Возьмем закон Ома для полной цепи:

Подставим значения:

A

Ответ: сила тока в цепи равна 1 А.

Когда «сопротивление бесполезно»

Электрический ток — умный и хитрый парень. Если у него есть возможность обойти резистор и пойти по идеальному проводнику без сопротивления, он это сделает. При этом с резисторами просто разных номиналов это не сработает: он не пойдет просто через меньшее сопротивление, а распределится согласно закону Ома — больше тока пойдет туда, где сопротивление меньше, и наоборот.

А вот на рисунке ниже сопротивление цепи равно нулю, потому что ток через резистор не пойдет.

Ток идет по пути наименьшего сопротивления.

Теперь давайте посмотрим на закон Ома для участка цепи еще раз.

Закон Ома для участка цепи I = U/R I — сила тока [A] U — напряжение [В] R — сопротивление [Ом]

Подставим сопротивление, равное 0. Получается, что знаменатель равен нулю, а на математике говорят, что на ноль делить нельзя. Но мы вам раскроем страшную тайну, только не говорите математикам: на ноль делить можно. Если совсем упрощать такое сложное вычисление (а именно потому что оно сложное, мы всегда говорим, что его нельзя производить), то получится бесконечность.

То есть:

I = U/0 = ∞

Такой случай называют коротким замыканием — когда величина силы тока настолько велика, что можно устремить ее к бесконечности. В таких ситуациях мы видим искру, бурю, безумие — и все ломается.

Это происходит, потому что две точки цепи имеют между собой напряжение (то есть между ними есть разница). Это как если вдоль реки неожиданно появляется водопад. Из-за этой разницы возникает искра, которую можно избежать, поставив в цепь резистор.

Именно во избежание коротких замыканий нужно дополнительное сопротивление в цепи.

Параллельное и последовательное соединение

Все это время речь шла о цепях с одним резистором. Рассмотрим, что происходит, если их больше.

	Последовательное соединение	Параллельное соединение
Схема	Резисторы следуют друг за другом	Между резисторами есть два узла Узел — это соединение трех и более проводников
Сила тока	Сила тока одинакова на всех резисторах I = I1 = I2	Сила тока, входящего в узел, равна сумме сил токов, выходящих из него I = I1 + I2
Напряжение	Общее напряжение цепи складывается из напряжений на каждом резисторе U = U1 + U2	Напряжение одинаково на всех резисторах U = U1 = U2
Сопротивление	Общее сопротивление цепи складывается из сопротивлений каждого резистора R = R1 + R2	Общее сопротивление для бесконечного количества параллельно соединенных резисторов 1/R = 1/R1 + 1/R2 + … + 1/Rn Общее сопротивление для двух параллельно соединенных резисторов Общее сопротивление бесконечного количества параллельно соединенных одинаковых резисторов R = R1/n

Зачем нужны эти соединения, если можно сразу взять резистор нужного номинала?

Начнем с того, что все электронные компоненты изготавливаются по ГОСТу. То есть есть определенные значения резисторов, от которых нельзя отойти при производстве. Это значит, что не всегда есть резистор нужного номинала и его нужно соорудить из других резисторов.

Параллельное соединение также используют, как «запасной аэродром»: когда на конечный результат общее сопротивление сильно не повлияет, но в случае отказа одного из резисторов, будет работать другой.

Признаемся честно: схемы, которые обычно дают в задачах (миллион параллельно соединенных резисторов, к ним еще последовательный, а к этому последовательному еще миллион параллельных) — в жизни не встречаются. Но навык расчета таких схем впоследствии упрощает подсчет схем реальных, потому что так вы невооруженным глазом отличаете последовательное соединение от параллельного.

Решим несколько задач на последовательное и параллельное соединение.

Задачка раз

Найти общее сопротивление цепи.

R₁ = 1 Ом, R₂ = 2 Ом, R₃ = 3 Ом, R₄ = 4 Ом.

Решение:

Общее сопротивление при последовательном соединении рассчитывается по формуле:

R = R₁ + R₂ + R₃ + R₄ = 1 + 2 + 3 + 4 = 10 Ом

Ответ: общее сопротивление цепи равно 10 Ом

Задачка два

Найти общее сопротивление цепи.

R₁ = 4 Ом, R₂ = 2 Ом

Решение:

Общее сопротивление при параллельном соединении рассчитывается по формуле:

Ом

Ответ: общее сопротивление цепи равно Ом

Задачка три

Найти общее сопротивление цепи, состоящей из резистора и двух ламп.

R₁ = 1 Ом, R₂ = 2 Ом, R₃ = 3 Ом

Решение:

Сначала обозначим, что лампы с точки зрения элемента электрической цепи не отличаются от резисторов. То есть у них тоже есть сопротивление, и они также влияют на цепь.

В данном случае соединение является смешанным. Лампы соединены параллельно, а последовательно к ним подключен резистор.

Сначала посчитаем общее сопротивление для ламп. Общее сопротивление при параллельном соединении рассчитывается по формуле:

Ом

Общее сопротивление при последовательном соединении рассчитывается по формуле:

R = R₁ + R_ламп = 1 + 1,2 = 2,2 Ом

Ответ: общее сопротивление цепи равно 2,2 Ом.

Наконец-то, последняя и самая сложная задача! В ней собрали все самое серьезное из этой статьи 💪.

Задачка четыре со звездочкой

К аккумулятору с ЭДС 12 В, подключена лампочка и два параллельно соединенных резистора сопротивлением каждый по 10 Ом. Известно, что ток в цепи 0,5 А, а сопротивление лампочки R/2. Найти внутреннее сопротивление аккумулятора.

Решение:

Найдем сначала сопротивление лампы.

R_лампы = R/2 = 10/2 = 5 Ом

Теперь найдем общее сопротивление двух параллельно соединенных резисторов.

Ом

И общее сопротивление цепи равно:

R = R_лампы + R_{резисторов} = 5 + 5 = 10 Ом

Выразим внутреннее сопротивление источника из закона Ома для полной цепи.

R + r = ε/I

r = ε/I − R

Подставим значения:

r = 12/0,5 − 10 = 14 Ом

Ответ: внутреннее сопротивление источника равно 14 Ом.

Попробуйте курсы подготовки к ЕГЭ по физике с опытным преподавателем в онлайн-школе Skysmart!

 

Карина Хачатурян

К предыдущей статье

151.1K

Коэффициент полезного действия (КПД)

К следующей статье

Сила тока

Получите индивидуальный план обучения физике на бесплатном вводном уроке

На вводном уроке с методистом

1. Выявим пробелы в знаниях и дадим советы по обучению

2. Расскажем, как проходят занятия

3. Подберём курс

«Почему, чем выше напряжение, тем меньше ток? » — Яндекс Кью

Главная

Сообщества

Такой вопрос у меня возник при изучении ТОЭ. Ведь по закону Ома, сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению. I=U/R. Вот например, есть лампа (HL) и источник напряжения GB1 — GB3 — батарейки, S1 — выключатель.

Яркость лампочки будет зависеть от силы тока, чем она больше, тем ярче горит лампочка. А теперь, вместо одной батарейки мы вставили перемычку, уменьшив тем самым напряжение. Светимость лампы уменьшится. В итоге, чем меньше напряжение, тем меньше сила тока. Это соответствует закону Ома. Однако первое утверждение опровергает закон Ома. Хотелось бы увидеть четкое простое и наглядное объяснение по поводу того, как увеличить напряжение и при этом уменьшить ток! Или же следует учитывать другие параметры, такие как индуктивность, сечение, мощность и т.п.? (тогда хотелось бы также увидеть наглядный рисунок).

Будет интересно увидеть, почитать ваши рассуждения, ответы. Четкого, внятного ответа я не нашел.

ФизикаНаукаЭлектроника

Андрей Денисов

28 мая 2022  ·

4,0 K

Valery Timin

физика математика  · 29 мая 2022

Вы правильно думаете: 

“по закону Ома, сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению. I=U/R. “

Надо понимать, что это уравнение может быть применено либо к полной цепи – в Вашем случае, либо к участку цепи – это почти всегда. Даже в Вашем случае можно считать к случаю “участок цепи”, если учесть внутреннее сопротивление батареек – от 0.3 до 1-2 Ом. Автомобильный аккумулятор вообще 0,01 Ом. Это первое. 

Второе. При параллельном включении одинаковых батареек общее напряжение не зависит от их количества. Но внутреннее (общее!!! или эквивалентное) сопротивление батареек обратно пропорционально их количеству. Поэтому при учете внутреннего сопротивления батареек при удалении одной ток чуть-чуть уменьшится. Но НИКОГДА НЕ ЗАКОРАЧИВАЙ БАТАРЕЙКИ! (и НЕ СТАВЬТЕ ПЕРЕМЫЧКУ ВМЕСТО БАТАРЕЙКИ – как у Вас написано: похоже, Вы и не ставили. Батарейки (все!) сдохнут через минуту или даже взорвутся!). Это то же самое, что и закорачивание фазы и нуля в розетке!  (в детстве пробовал – так что можешь поверить). Формула для тока в Вашей цепи:

I = U/(R+Rвн/N), 

где N – колич. батареек, 

Rвн – внутр.сопр.батарейки, которое зависит от степени ее зарядки. У поработавшей батареки внутреннее сопротивление увеличивается, поэтому ток (общий! см. формулу) уменьшается, а не потому, что напряжение батарейки уменьшается. У разряженной батарейки внутреннее сопротивление очень большое! А напряжение можешь проверить вольтметром – эксперимент достаточно интересный. И для некоторых очень неожиданный.

Третье – по загловку. Вашего вопроса: почему, чем выше напряжение, тем меньше ток? Это чушь. Так не бывает. А когда такое бывает – где-то в ответах уже есть намек на некоторые специфические особенности использования электричества от генераторов переменного тока с конечной мощностью.

Александр Наумов

Инженер. Электроника, программирование.  · 29 мая 2022

“Чем выше напряжение, тем меньше ток” – из вопроса, строго говоря, не понятно о какой ситуации идет речь. Ничего не проясняет и схема с закорачиванием батарейки. Однако можно предположить, что автора интересует вопрос в контексте тока потребления современных бытовых и  прочих приборов, имеющих в своем составе стабилизаторы вторичных напряжений и/или токов. Например… Читать далее

Андрей Денисов

30 мая 2022

Благодарю за ответ! Именно так я и подразумевал вопрос. Ибо сейчас получаю высшее по автоматизации, имея уже… Читать дальше

А. Н.

Астрономия физика космология квантовая механика   · 6 июл 2022

Когда вы меняете количество элементов в источнике питания вы тем самым меняете  ЭДС и внутреннее сопротивление источника питания. А применяете при этом ошибочно закон Ома для участка цепи. I=U/R. Он справедлив только на участке спирали лампочки. Для такого случая есть закон Ома для полной (замкнутой) цепи. I=З/(R+r) Принцип “выше напряжение меньше ток” применяется при… Читать далее

Евгений Лохматов

11 февраля

Я о другом.,при увеличении напряжения что происходит с электронами., их количество увеличивается или их скорость? 

Akilya Galimova

Преподаватель технического университета, кандидат технических наук, проектировщик в…  · 30 мая 2022

Если привести в Вашем вопросе схему и тестовую часть в соответствие с друг с другом (батарейки нужно включить в цепь последовательно, тогда и можно утверждать, что при закорачивании одной из батареек, напряжение снизиться), то можно ответить на вопрос. Световой поток зависит не только от тока, но и от напряжения. Если напряжение снизить, то световой поток тоже… Читать далее

Юрий Шимановский

🍀 Естествоиспытатель   · 28 мая 2022  · shymanovsky.mooo.com

А откуда взялось первое утверждение? Если говорить о цепи постоянного тока (как на картинке) то такого не будет. Во первых, напряжение не изменится при если мы вынули одну батарейку при параллельном включении. Хотя возрастет сопротивление цепи, поскольку батарейки обладают сопротивлением. См. формулу расчета сопротивления для параллельного включения резисторов. То есть… Читать далее

1 эксперт согласен

Андрей Денисов

28 мая 2022

Юрий благодарю за ответ. Пожалуй пример схемы не лучший взят. Но подразумевается, что источник имел в начале… Читать дальше

Владимир Яшагин

Инженер путей сообщения электромеханик. Электро и теплоэнергетика ,электрические машины. э…  · 29 мая 2022

Хороший вопрос. Первое утверждение не опровергает закон Ома , так как относится к другой области  электротехники . Закон Ома пока не зыблем до сверх проводимости и не о том речь. Речь идёт о трансформаторе, Силовой трансформатор   является одним из важнейших элементов каждой  электрической сети. Передача эл. энергии на большие расстояния от места  её производства до… Читать далее

Владимир

Системы автоматики промышленных объектов, электроника, электрика, радиолюбительство. ПОЛЕЗ…  · 24 мар

Чёткий и ясный ответ должен быть в Вашей голове. Увеличив напряжение, Вам будет нужна другая лампочка на желаемое Вами напряжение. И чтобы светила она точно также, затратите Вы точно такую же мощность, как и оригинал на 220 Вольт. Конечно же, ток будет меньше, но  P (мощность, Ватт), равная  умножению напряжения  U (вольт) на ток  I (Ампер)  останется прежним.  Даже… Читать далее

Владимир

Системы автоматики промышленных объектов, электроника, электрика, радиолюбительство. ПОЛЕЗ…  · 9 окт 2022

Проще и нагляднее быть не может, Вы сами ответили на свой же вопрос.  Убрать батарейку, увеличив при этом силу тока?  Вы не первый, я вот мечтаю обойтись совсем без батареек.   Использовать солнечные батареи и силу ветра, и даже падающую с неба воду не есть выход.  Нобелевская Премия у Вас в кармане, как и у многих, желающих изобрести вечный двигатель.  Не хочу… Читать далее

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

спросил 8 лет, 5 месяцев назад

Изменено 4 года, 9 месяцев назад

Просмотрено 168 тысяч раз

\$\начало группы\$

Я читал различные форумы и смотрел несколько видео на YouTube (в дополнение к чтению 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 спроектированы с максимально низким сопротивлением, 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 увеличим 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 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 падение напряжения на сопротивлении противоречит закону Ома?

Во-первых, закон Ома только утверждает, что ток через металлический проводник прямо пропорционален разности потенциалов на нем. Есть несколько случаев, таких как полупроводники, растворы электролитов, газовые среды, где закон Ома не применяется.

Согласно тому, что я знаю о законе Ома, если увеличить сопротивление, ток уменьшится, а напряжение останется прежним

Да, если источник возбуждения является идеальным источником напряжения, напряжение на сопротивлении останется неизменным независимо от величины сопротивления. Но, если это идеальный источник тока, напряжение будет изменяться в зависимости от сопротивления, подключенного к его клеммам, но ток останется постоянным. Оба сценария удовлетворяют закону Ома.

Однако в действительности я знаю, что если бы я «увеличил» сопротивление, напряжение уменьшилось бы.

В данном случае я предполагаю, что вы говорите о реальном источнике напряжения, например, о сухом элементе. И, увеличивая «сопротивление», я могу только предположить, что вы говорите об увеличении нагрузки, поскольку в реальной жизни увеличение сопротивления не уменьшит выходное напряжение реального источника напряжения.
Обратите внимание, что все источники напряжения в реальном мире имеют некоторое внутреннее сопротивление. См. рисунок ниже,

Здесь, когда ток течет в этой цепи, из-за омов некоторое напряжение должно падать на внутреннем сопротивлении r, в результате чего выходное напряжение, то есть напряжение, доступное на клеммах ячейки на сопротивлении R, падает или увеличивается как R уменьшается или увеличивается.

Надеюсь, это прояснит ваши сомнения.

РЕДАКТИРОВАТЬ: Обратите внимание, что схема, которую вы предоставили, является неподходящим методом для измерения напряжения на элементе. вот тебе не измеряет напряжение на сопротивлении, но вы измеряете напряжение a на клеммах элемента, при этом последовательное сопротивление отображается как внутреннее сопротивление элемента. Итак, применять закон Ома так, как вы указали, в этом сценарии неправильно. Помните, что вольтметр подключается параллельно, а амперметр последовательно. Здесь, в этом сценарии, внутреннее сопротивление элемента увеличивается, и он действует как мертвый элемент с уменьшающимся напряжением. Причина этого в том, что каждый аналоговый вольтметр имеет внутренний последовательный резистор, который может препятствовать считыванию, если внутренний импеданс источника слишком высок. Аналоговый вольтметр нуждается в минимальном токе, проходящем через него, чтобы стрелка двигалась, поскольку он использует электромагнитные эффекты.