P=IVP=IVP = IV и V=IRV=IRV = IR

Как объясняет эта статья в Википедии :

Для заданной мощности более высокое напряжение снижает ток и, следовательно, резистивные потери в проводнике. Например, повышение напряжения в 10 раз уменьшает ток в соответствующий раз.$10$и поэтому$I^2 R$потери в разы$100$, при условии, что в обоих случаях используются проводники одинакового сечения.

Ключом к пониманию здесь является то, что мощность высоковольтной линии определяется не тепловыделением в проводе, а полезной работой, выполненной в остальной части цепи (нагрузке). (Эту полезную работу можно также рассматривать как сопротивление, в котором собственные джоулевые потери представляют собой мощность.) По сути, можно представить его как два последовательно соединенных сопротивления, из которых сопротивление провода намного меньше:$R_{line}\ll R_{load}$. Большее сопротивление нагрузки приводит к большему напряжению, но меньшему току в цепи и, следовательно, меньшим тепловым потерям в проводах.

В уравнениях:

Если бы все линии передачи были постоянными и без каких-либо промежуточных устройств между генераторами и потребителями, сумма токов всех потребителей была бы током линий. Так же, как и водоснабжение. А напряжение в линии передачи будет 110 В.

Но переменный ток делает возможным использование трансформаторов. Таким образом, огромное напряжение и управляемый ток могут обеспечить большую мощность в линиях передачи.$(P = V_tI_t)$. Ближе к потребителям трансформаторы понижают напряжение. Сюда,$\sum V_cI_c = V_tI_t$, и$\sum I_c >> I_t$.

На самом деле, с постоянным током тоже можно что-то сделать, но не с традиционными простыми трансформаторами.

Обратите внимание, что$V=IR$(или$\tilde{V}=\tilde{I}Z$, но та же концепция) относится к падению напряжения по длине кабеля, а не к напряжению сигнала. Если напряжение увеличить, а ток уменьшить, например, с помощью повышающего трансформатора, потери мощности в кабеле уменьшаются (поэтому электричество всегда передается при высоком напряжении). Это говорит нам о том, что и падение напряжения на кабеле, и ток через кабель уменьшились.

В цепи имеется более одного релевантного напряжения. Вам нужно различать их.

Простая модель системы передачи электроэнергии будет состоять из провода, идущего от генератора к «сопротивлению нагрузки», на которое вы хотите подать питание, и другого провода, идущего от другого конца сопротивления нагрузки обратно к генератору.

Сначала учитывайте нагрузку. Потому что$P = VI$, вы можете подать ту же мощность на нагрузку, используя либо небольшое напряжение,$V_{load}$, через нагрузку и большой ток, или большое напряжение и малый ток. Но вы спорите,$V_{load} = IR_{load}$, поэтому увеличивая$V_{load}$должен увеличиться$I$. Неправильный. Возможно, вы не поняли, что сопротивление нагрузки в этих двух случаях выбирается разным. Чтобы использовать ту же мощность, требуется нагрузка с более высоким сопротивлением, если она должна питаться более высоким напряжением. Таким образом, при соответствующем выборе$R_{load}$ток на самом деле может быть меньше, чем при более низком напряжении! На практике трансформаторы используются для создания необходимого эффективного сопротивления нагрузки.]

Теперь рассмотрим провода передачи. Они имеют фиксированное сопротивление. Итак, напряжение,$V_{wire}$, через каждый провод (то есть между одним концом провода и другим концом) просто пропорциональна току, а мощность, теряемая в каждом проводе, равна$P=I^2R_{wire}$. Таким образом, система высокого напряжения (та, в которой нагрузка была выбрана для приема высокого напряжения) будет потреблять меньший ток, и, поскольку по проводам течет тот же самый ток, напряжение на проводах будет меньше, а потерянные мощность будет меньше.

I прямо пропорционален V, если предположить, что цепь имеет постоянное сопротивление (и переменную мощность)

I обратно пропорционален V, если предположить, что цепь имеет постоянную мощность (и переменное сопротивление)

Итак, если вы увеличите V, но сохраните мощность постоянной, увеличив сопротивление цепи, ток уменьшится.

«Как энергия останется прежней, если ток уменьшится?»

$P=I^2R$, т.е. зависит как от сопротивления, так и от тока.

«Если электроны получают меньше кинетической энергии, поскольку ток теперь меньше, куда уходит оставшаяся энергия от источника напряжения?»

Дополнительная энергия идет на сопротивление. Нам пришлось увеличить сопротивление, чтобы поддерживать постоянную мощность. Теперь увеличенное сопротивление потребляет больше энергии. Электроны передают свою энергию этому сопротивлению.