Как напряжение преобразуется в ток
Если в процессе преобразования электрической энергии напряжение понижается, то ток при этом повышается, а если напряжение повышается — значит понижается ток. Количество энергии на входе и на выходе будет приблизительно одинаковым (минус, конечно, потери в процессе преобразования) в соответствии с законом сохранения энергии.Так происходит потому, что электрическая энергия A — это изначально потенциальная энергия (энергия положения в электрическом поле) электрического заряда, то есть A = U*q. А ток I — есть ни что иное, как перемещение заряда q в электрическом поле с течением времени t, то есть I = q/t.
Чтобы осуществить такое преобразование электрической энергии, применяют явление электромагнитной индукции, открытое Майклом Фарадеем в конце лета 1831 года, и используемое сегодня в трансформаторах и в импульсных преобразователях напряжения для понижения или повышения напряжения (соответственно для повышения или понижения тока). Далее рассмотрим процесс такого преобразования в общих чертах.
Когда в проводящем витке, обладающем индуктивностью L, изменяется (попеременно нарастает и спадает) ток I — при этом изменяется и магнитное поле B, порождаемое данным током и пронизывающее ограниченную данным витком площадь S — происходит изменение магнитного потока Ф = B*S = L*I.
Насколько быстро изменяется ток I в витке — настолько же быстро изменяется и магнитный поток Ф, пронизывающий площадь S, ограниченную данным витком. Переменный ток I в витке прямо пропорционально связан с напряжением U, приложенным к концам витка. Таким образом, чем больше амплитуда U – тем больше амплитуда тока I в витке и, тем больше амплитуда магнитного потока Ф витка с током.
Майкл Фарадей показал, что изменяющийся во времени магнитный поток способен навести ЭДС (напряжение) в контуре, охватывающем область этого изменяющегося магнитного потока, причем скорость изменения магнитного потока dФ/dt влияет на величину получаемой ЭДС: чем выше скорость изменения магнитного потока — тем больше получаемое на концах контура напряжение.
Следовательно, если поместить в область действия изменяющегося магнитного потока другой виток (вторичный), то в нем будет наведена ЭДС (напряжение на концах), пропорциональная скорости изменения магнитного потока — чем больше магнитный поток и чем быстрее он изменяется — тем большей получится индуцируемая во вторичном витке ЭДС. Если вторичных витков будет несколько (N) и они будут соединены последовательно, то индуцируемые ЭДС в них сложатся.
А если вторичную цепь замкнуть, то перемещаемый по ней заряд (ток) создаст собственный магнитный поток, противоположный первичному магнитному потоку по направлению и равный ему по величине.
Если витки вторичной цепи полностью аналогичны первичному витку по магнитным свойствам, форме и индуктивности, то в этом случае ток, вызванный индуцируемой ЭДС, разделится по всем вторичным виткам поровну. Следовательно, чем больше последовательно соединенных витков — тем больше на выходе получается напряжение и тем меньше на выходе окажется ток при замкнутой на нагрузку цепи.
На этом принципе работает трансформатор, повышающий или понижающий переменное напряжение и, соответственно, понижающий или повышающий переменный ток. Если первичных витков больше, а вторичных меньше — то на один виток вторичной катушки придется больше тока, но напряжение на концах вторичной катушки будет в сумме меньше (пропорционально соотношению витков в обмотках), то есть ток на выходе по сравнению со входом увеличится, а напряжение понизится.
Почему при повышении напряжения уменьшаются потери в ЛЭП?
Потому что тепловые потери в проводах растут пропорциально току и квадрату сопротивления. Так как мощность электрического тока равна произведению напряжения на силу тока, то одну и ту же мощность можно передать, снизив ток и повысив напряжение. Низкие значения тока приводят к снижению тепловых потерь при передаче электроэнергии, а за счет высокого напряжения передается необходимая мощность.
Остальные ответы
потери в чем уменьшаются?
потому что потери обусловлены током. Чем ток больше тем больше потери. Соответственно нашелся выход — увеличить напряжение. При той же мощности P, ток, текущий по линии электропередачь, будет меньше, а значит и меньше потери.
Задача ЛЭП- доставить электроэнергию до потребителя, то есть передать некоторую мощность за единицу времени. мощность равна I*U и если мы будем для этого увеличивать силу тока при низком напряжении, то потери мощности на сопротивлении проводов будут равны по закону Ома I^2*R при больших т оках потери быдут большими, а если в лэп увеличить напряжение, то сила тока потечет минимальная и падение мощности на сопротивлении проводов будут незначительными ( ток маленький. )
Элементарно.
По закону Джоуля — Ленца потери энергии в проводнике Q = I*I*R*t
На сопротивление мы особо повлиять не можем, дорого.
А вот на силу тока можем, что, собственно, и делаем.
Чтобы передать заданную мощность P=U*I, разумно как можно выше поднять напряжение,
чем выше напряжение, тем ниже ток, и тем меньше потери в проводах ЛЭП.
Как сопротивление может влиять на напряжение?
Чем больше сопротивление подключенного в цепь прибора, тем больше напряжение. Как на молекулярном уровне сопротивление влияет на напряжение? Поправьте если не прав, я новичок.
- Вопрос задан более трёх лет назад
- 9133 просмотра
Комментировать
Решения вопроса 1
Армянское Радио @gbg Куратор тега Электроника
Любые ответы на любые вопросы
Судя по вашим вопросам, вам следует полистать учебники по физике, с 7 по 11 класс средней общеобразовательной школы.
Написанное вами в тексте вопроса утверждение является следствием закона Ома для полной цепи, но не является первичным утверждением, из которого легко объяснить природу электрического сопротивления.
Самый простой для понимания случай — это электрическое сопротивление металла:
Высокая электропроводность металлов связана с тем, что в них имеется большое количество носителей тока — электронов проводимости, образующихся из валентных электронов атомов металла, которые не принадлежат определённому атому. Электрический ток в металле возникает под действием внешнего электрического поля, которое вызывает упорядоченное движение электронов. Движущиеся под действием поля электроны рассеиваются на неоднородностях ионной решётки (на примесях, дефектах решётки, а также нарушениях периодической структуры, связанной с тепловыми колебаниями ионов). При этом электроны теряют импульс, а энергия их движения преобразуются во внутреннюю энергию кристаллической решётки, что и приводит к нагреванию проводника при прохождении по нему электрического тока.
В других средах (полупроводниках, диэлектриках, электролитах, неполярных жидкостях, газах и т. д.) в зависимости от природы носителей заряда физическая причина сопротивления может быть иной. Линейная зависимость, выраженная законом Ома, соблюдается не во всех случаях.
Эти из википедии.
Для удобства рассуждения примем, что первично в данном случае напряжение — оно формирует электрическое поле, которое заставляет носители заряда протискиваться через вещество. В зависимости от того, насколько проводимо это вещество, формируется ток той или иной силы
Иногда полезно использовать водопроводную аналогию — в данном случае — сопротивление — не до конца открытый водяной кран, а напряжение — избыточное к атмоферному давление в трубе до крана и после крана.
Напряжение на сопротивлении — это разность избыточных давлений. Таким образом, когда кран перекрыт — величина этой разности равна давлению в водопроводе, постепенно открывая кран, мы уменьшаем разность избыточных давлений, при полном открытии — до нуля.
Ответ написан более трёх лет назад
Нравится 5 1 комментарий
totorialman @totorialman Автор вопроса
Спасибо. Ещё нахожусь на стадии средней образовательной школы.
Ответы на вопрос 2
Сергей П @trapwalker
Программист, энтузиаст
А мне нравится другая метафора.
Представьте, что у вас в школе есть длинный коридор (это проводник).
Коридор полон слоняющихся в нём туда-сюда школьников (это электроны). В среднем в коридоре ток равен нулю.
Вдруг (прозвенел звонок) и в коридор с одного конца стали ломиться новые школьники, движимые желанием идти нахрен подальще от класса (минус «батарейки»). Напор школьников — это потенциал. Он разный в начале и в конце коридора.
Школьники давят с одного конца, а второй конц коридора открыт на улицу (плюс).
Разница потенциалов (напоров) между началом и концом коридора — это напряжение.
Представьте, что перед звонком в коридоре хаотично расставили стулья.
Стулья мешают — это сопротивление. Школьники спотыкаются, ломают стулья, накаляют обстановочку (часть энергии желания школьников погулять тратится на это).
Чем больше стульев, тем больше разница давления школьников между началом и концом коридора.
Это был закон Ома для участка цепи.
На примере школьников проще объяснять, чем на примере гидравлики. Так можно рассказать и про полупроводники, транзисторы, правило Кирхгофа. да что угодно.
Ответ написан более трёх лет назад
Нравится 14 16 комментариев
uvelichitel @uvelichitel
Что в этой метафоре сила тока?
Boris Köln @BorisKorobkov
uvelichitel, сила тока = сколько школьников пройдут через дверь в конце коридора за 1 секунду
Сергей П @trapwalker
Boris Korobkov, ну или через сечение коридора, да.
totorialman @totorialman Автор вопроса
С помощью закона Ома можно рассчитать ток в цепи. Силой тока будет ток который будет в конце цепи или в начале? Или который максимум может пройти через цепь?
Сергей П @trapwalker
totorialman, Сила тока в цепи всегда одинаковая. Школьники идут плотнячком, сгуститься или разрядиться они не могут (особые такие школьники). В цепи у нас нет ёмкостей (конденсаторов), где школьники могли бы скапливаться. Поэтому ток во всех точках коридора будет одинаков. Сколько школьников «выщелкнулось» через выход, столько защёлкнулось на входе.
totorialman @totorialman Автор вопроса
Сергей Паньков, А за счёт чего совершается работа допустим лампочки в цепи?
Сергей П @trapwalker
totorialman, У коридора низкое сопротивление. Стульев там мало, школьники плотной толпой протекают через него без особых помех и грохота.
Но если где-то в коридоре сделать участок с бОльшим сопротивлением (сильнее загромождённый стульями), школьники через него просачиваются с большим грохотом.
Страшная толчея и бедлам в этом сужении может вовсе привести к обрушению. Узкое место будет вовсе завалено обломками. Сопротивление участка вырастет до бесконечности и ток школьников прекратится вовсе.
Напряжение по краям «разорванного» участка станет почти таким же как по краям большого просторного коридора. Почти — это за вычетом мизерного падения напряжения на ненулевом, всё же, сопротивлении этого просторного коридора. Но речь не об этом.
Грохот и беспорядок в узком месте — это и есть работа. Спираль лампочки — это часть проводника, которая накаляется (из-за тока) до свечения.
Падение напряжения на нагрузке — это разность потенциалов (давления толпы) до и после «сужения».
В какой-то момент метафора с дальнейшим уточнением начинает себя исчерпывать.
Школьники у нас уже малосжимаемая жесткая жидкость. Тут гидравлика уже выглядит куда привычнее. Вода почти не сжимаема и не растяжима, в отличие от школьников. Давайте дальше понимать на гидравлике.
Если вы пользовались кёрхером, то знаете. что струя из него вылетает тёплая или даже горячая потому, что проходя под большим давлением через узкое отверстие вода трётся о его стенки очень интенсивно и нагревает их. Ток (количество воды за единицу времени проходящее через сечение), очевидно, одинаковый что вначале шланга кёрхера, что в любом его месте. Воде-то деться больше некуда и взяться лишней не откуда, кроме как идти от начала канала до конца.
Нагревание сопла (и любого сужения в канале) это неизбежность. Спираль лампы накаливания — это такое же узкое место, через которое проходит за единицу времени такое же количество электронов, как через толстые провода до и после лампочки.
Работа — это энергия. Ток — это скорость протекания (литров за секунду; Кулонов за секунду).
Мы упоминали, что расход воды в каждом сечении нашего шланга одинаков. Но самая большая работа (нагревание) совершается в узком месте (в сопле, в спирали). Это потому, что там большое сопротивление. Много энергии тратится на нагрев. От этого есть разница давления (потенциалов) до и после сужения .
Насосу, который толкает жидкость в этой системе, трудно. Он совершает работу и эта работа (=энергия) тратится на протяжении шланга, и большая часть в сужении на нагрев.
Вот тут все нужные формулы про это.
Почему чем больше напряжение тем меньше потери
Определение потери напряжения и мощности в проводах линии электропередач (ЛЭП).
Цель работы: определить какие факторы и как они влияют на потери напряжения и мощности. Определить КПД ЛЭП.
1.Пояснение к работе
Краткие теоретические сведения
От генератора до потребителя электроэнергия передается по проводам, т.е. по линии электропередачи. Так как ЛЭП характеризуется определенным сопротивлением, то на нее тратиться активная мощность на нагрев проводов. Чем больше сопротивление ЛЭП, тем больше и потери мощности. На ЛЭП имеет место и потери напряжения. Чем больше ток или сопротивление проводов, тем больше и потери мощности и напряжения. 
Потери электроэнергии в проводах зависят от силы тока, поэтому при передаче её на дальние расстояния, напряжение многократно повышают (во столько же раз уменьшая силу тока) с помощью трансформатора, что при передаче той же мощности позволяет значительно снизить потери. Однако с ростом напряжения начинают происходить различные разрядные явления.
В воздушных линиях сверхвысокого напряжения присутствуют потери активной мощности на корону (коронный разряд). Эти потери зависят во многом от погодных условий (в сухую погоду потери меньше, а в дождь, изморось или снег эти потери возрастают) и расщепления провода в фазах линии.
Потери на корону для линий различных напряжений имеют свои значения (для линии ВЛ 500 кВ среднегодовые потери на корону составляют около ΔР=9–11 кВт/км).
Так как коронный разряд зависит от напряжённости на поверхности провода, то для уменьшения этой напряжённости в воздушных линиях сверхвысокого напряжения применяют расщепление фаз. То есть вместо одного провода применяют два и более проводов в фазе. Располагаются эти провода на равном расстоянии друг от друга. Получается эквивалентный радиус расщеплённой фазы, этим уменьшается напряжённость на отдельном проводе, что в свою очередь уменьшает потери.
2.Техническое задание
2.1.Собрать электрическую цепь (рисунок 1)
Рисунок 1 — Схема электрическая принципиальная
3.Работа в лаборатории
3.1. Собрать схему (Рисунок 2).
Рисунок 2. Схема исследования.
3.2. Подать на начало ЛЭП (S=1 мм2, L=1000 м) напряжение 220В и подключить нагрузку Rн = 1 кОм, материал проводов выбрать согласно варианта (таблица 1).
3.3. Замерить напряжение на выходе ЛЭП и ток.
3.4. Записать измеренные величина в таблицу 2.
3.5. Произвести расчеты и сделать вывод.