Comment est-il possible d'avoir une haute tension et un faible courant? Il semble contredire la relation entre le courant et la tension dans E = IR

J'ai lu différents forums et regardé quelques youtubes (en plus de mes lectures de manuels) et les explications semblent insuffisantes. Le problème semble être de savoir comment on nous enseigne d'abord sur une relation directe entre la tension et le courant (c'est-à-dire qu'une augmentation de la tension entraîne une augmentation du courant si la résistance reste la même), puis on nous enseigne sur les lignes électriques qui ont une tension élevée et un faible courant (car sinon, nous aurions besoin de fils épais qui transportent un courant élevé [ce qui risquerait de surchauffer en raison de l'effet joule ou quelque chose ou autre ..). Alors, s'il vous plaît, ne m'expliquez pas les raisons d'infrastructure pour lesquelles une haute tension et un faible courant sont nécessaires pour les lignes électriques. J'ai juste besoin de savoir comment une haute tension, un faible courant est même possible. Je n'ai étudié que DC jusqu'à présent, alors peut-être qu'AC a des règles qui pourraient m'éclairer ...

Vous confondez «haute tension» avec «perte de haute tension». La loi d'Ohm régit la perte de tension aux bornes d'une résistance pour un courant donné qui la traverse. Puisque le courant est faible, la perte de tension est également faible.

Vous êtes confus au sujet de la charge du consommateur et de la résistance des câbles.

Le fait est que la puissance est le produit de la tension et du courant. Pour transmettre la même puissance à une charge de consommateur, vous pouvez augmenter la tension et diminuer le courant.

Si la lumière dans votre maison a besoin de 100W, disons 10A à 10V, cela peut être transféré directement de la centrale électrique.

Disons que le câble entre votre maison et l'usine a 10 Ohm. Si vous perdez 10 A de la centrale, la centrale doit fournir 110 V: à 10 A, une chute de tension de 100 V se produit sur le câble, plus les 10 V dont vous avez besoin. Cela signifie que vous consommez 100W tandis que le câble gaspille 1000W.

Maintenant, disons que votre maison reçoit 1000V.

Bien sûr, vous avez besoin d'un transformateur pour convertir la tension délivrée en tension nécessaire à la lumière!

Le courant consommé par l'usine n'est plus que de 0,1 A.

La chute de tension sur le câble n'est plus que de 1 V, ce qui signifie une perte de 0,1 W pour alimenter votre lumière de 100 W. Ceci est vraiment mieux.

Le point est l'utilisation du transformateur qui permet de convertir les tensions et les courants tout en maintenant la puissance:

Un mot: résistance . Rappelons que la tension est calculée en multipliant le courant par la résistance. Vous pouvez avoir une différence de potentiel élevée (qui correspond à la tension) et un faible courant , simplement en ayant une haute résistance en place pour bloquer ce courant.

Pensez-y comme un tuyau d'eau allumé à fond, avec un pistolet à tuyau attaché à l'extrémité. Le pistolet à tuyau agit comme une résistance variable contrôlée par l'utilisateur, donc même s'il y a une énergie potentielle élevée dans le tuyau (l'eau voulant couler), la résistance est si grande que peu ou pas d'eau coule. Lorsque l'utilisateur appuie sur la gâchette, la résistance diminue jusqu'à ce que l'eau coule de plus en plus.

Le système de distribution d'énergie utilise des transformateurs pour augmenter ou diminuer la tension.

Les transformateurs gèrent la puissance (tension multipliée par le courant). La puissance injectée dans un transformateur sera égale à la puissance prélevée sur le transformateur (en négligeant les petites pertes) afin que nous puissions calculer la tension et le courant de chaque côté du transformateur en utilisant la formule

Vin x Iin = Vout x Iout

En utilisant cette formule, vous pouvez voir que si la tension d'entrée est 10 fois la tension de sortie, le courant d'entrée doit être 1/10 du courant de sortie.

Votre confusion vient du fait que vous oubliez la résistance du récepteur. Fondamentalement, cela ressemble à ceci:

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

La tension dans le fil (ou la centrale électrique) est élevée et les résistances des fils sont faibles, vous pensez donc que le courant devrait être élevé. C'est vrai, mais considérons maintenant que le récepteur a une très haute résistance. C'est ce qui rend le courant dans ce circuit faible.

$I=U/R$

Dans ce scénario simplifié, si nous augmentons la tension de la centrale, nous devons également augmenter la résistance du récepteur, si nous voulons maintenir la puissance du récepteur constante.

En réalité, les récepteurs fonctionnent derrière des transformateurs qui convertissent la haute tension en basse tension (constante, par exemple 230 V en Europe). Donc, dans le scénario ci-dessus, lorsque nous augmentons la tension dans la centrale électrique, il nous suffit de changer les transformateurs (leur résistance) - pas besoin de changer la résistance du récepteur. Tout cela est transparent pour l'utilisateur final.

Cela explique comment il est possible d'avoir une haute tension et un faible courant. Et pourquoi est-ce mieux?

$P=I^2*R$

$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}$

$1000$$10,000$$100$$10$$V=IR$$P=VI$

$P=I^2R$$100$$10$$0.1$$10,000$

Une façon de voir les choses est de demander ce qu'il y a à l'autre bout de la ligne électrique: un client. Le client n'achète pas de courant ou de tension, il achète de l'énergie (watts). Ainsi, si un fournisseur d'électricité fournit une quantité d'énergie donnée, il peut utiliser des fils plus fins en augmentant la tension et en abaissant le courant pour une quantité d'énergie donnée.

Vous dites: "c'est-à-dire qu'une augmentation de la tension entraîne une augmentation du courant si la résistance reste la même". C'est exact, sauf que les circuits à tension plus élevée utilisent des résistances de charge plus élevées pour une puissance donnée.

Par exemple, une ampoule de 120 W, 120 V devrait tirer 1 A. (I = P / V = ​​120/120 = 1.) Sa résistance (lorsqu'elle est chaude) serait de 120 Ω. (R = V / I = 120/1 = 120.)

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Une ampoule de 120 W, 12 V consomme 10 A (I = P / V = ​​120/12 = 10). Sa résistance (à chaud) serait de 1,2 Ω (R = V / I = 12/10 = 1,2). Notez que la baisse de la tension d'un facteur 10 nécessite que le courant augmente d'un facteur 10 pour donner la même puissance. A noter également que la résistance a diminué de 10² = 100!

Comme votre instinct vous l'a dit, si vous augmentez la tension sans augmenter la résistance, le courant augmentera.

Si P = IV, cela signifierait que si V augmente, je devrais diminuer. Par exemple: si P = 12 et V = 3 alors je devrais être 4. Mais si vous montez V - vous descendez I par exemple: si V est devenu 8 alors je deviendrais 1,5. Un faible courant est nécessaire car moins d'énergie est perdue. Imaginez que les électrons dans le câble étaient des acheteurs et que l'énergie qu'ils transportaient était de l'argent. Imaginons maintenant qu'une ligne de 100 acheteurs se précipitant hors d'un bâtiment transporte chacun 15 $, mais tous doivent passer par une ruelle (la ruelle étant le câble) et chaque fois qu'ils se heurtent, ils perdent 1 $ (énergie perdue comme énergie thermique). Imaginez maintenant ce que ce serait si seulement 10 personnes transportaient 150 $ et combien elles perdraient moins.

En réponse directe au message d'origine, il me semble que vous avez tous trop compliqué la réponse à sa question. Bien que les informations que vous avez fournies soient intéressantes à inclure, la question semble sans réponse. E = IR Votre compréhension qu'une augmentation de la tension devrait entraîner une augmentation du courant est correcte - remplacez une batterie 3v dans un circuit simple par un 9v et vous avez également sauté un courant 3x.

Haute tension / courant faible et vice versa est une TRANSFORMATION de ce qui est DÉJÀ là - vous n'échangez pas une batterie (ou une source de tension) avec une autre. Un transformateur fonctionne en raison de la loi de watt: la puissance est constante (la résistance est constante dans la loi d'ohm) et la puissance est le courant x la tension, ou "P = EI"

Un changement de tension est un changement inverse de courant, et vice versa, où l'énergie est conservée.

Il me semble que vous rencontrez des problèmes de conceptualisation , que j'aborderai dans ma réponse.

Il est vrai que le (1) E = IR est une formule universelle. Cependant, vous devez comprendre qu'il peut également être exprimé comme (2) R = E / I, et (3) I = E / R.

En utilisant le formulaire (2), je montrerai votre compréhension actuelle de la formule. Si vous augmentez la tension 10 fois (10E), afin de maintenir la même résistance (inchangée), le courant devra également augmenter 10 fois R = E / I = 10E / 10I. Cependant, je peux également augmenter la tension et maintenir le même courant en augmentant la résistance 10 fois I = E / R = 10E / 10R. Ainsi , avec la forme (3), je peux montrer qu'il est possible d'augmenter la tension (10E) sans avoir à augmenter le courant (maintenir le courant "bas" (I)) .

Il semble qu'il existe jusqu'à présent trois réponses générales à cette question. Résumer:

1. Les transformateurs sont magiques. Une fois que vous introduisez des transformateurs, V = IR ne s'applique plus, donc c'est bien d'avoir une haute tension et un faible courant car le système n'est plus ohmique. Le système obéit cependant à l'équation du transformateur,

2. Le système centrale électrique - ligne électrique - récepteur peut être modélisé essentiellement comme un circuit à résistance unique (où centrale électrique = batterie, lignes électriques = fils et récepteur = résistance simple). C'est donc la résistance du récepteur qui compte, et parce que cette résistance a tendance à être élevée, l'ensemble du système obéit à la loi d'Ohm: la haute tension et la haute résistance produisent un faible courant

3. $\bigtriangleup V = I R$$\bigtriangleup V = 2V$sur la longueur de la ligne électrique. La ligne électrique a une résistivité assez faible, donc la résistance totale est faible, et donc une faible chute de tension et une faible résistance produisent un faible courant, conformément à la loi d'Ohm. De cette façon, il est tout à fait correct d'avoir des valeurs de haute tension et un faible courant dans les lignes électriques.

De ces trois explications, j'ai tendance à croire la troisième. La première n'est qu'une reformulation de l'équation et ne nous donne aucune information supplémentaire sur le mécanisme physique ou la logique de la situation. Le second est possible, mais il semble que ce serait trop compliqué par le fait qu'il existe en fait de nombreux récepteurs utilisant des lignes électriques, il devrait donc vraiment être modélisé comme un circuit beaucoup plus complexe. Le troisième nous permet de garder la loi d'Ohm intacte tout en la séparant des autres équations pertinentes.

Cela étant dit, il s'agit d'un modèle simplifié de ce qui se passe en ignorant les effets plus compliqués dus au courant alternatif au lieu du courant continu.

Vous pouvez également avoir une tension élevée et un courant nul si vous déconnectez simplement le circuit.