Några stolpar nära en kraftomvandlingsstation vid soluppgången. Mer spänning i ett elsystem ger mer strömflöde. dowell/Getty Images Så mycket av vårt dagliga liv går på el, men de flesta av oss vet inte skillnaden mellan en 60-watts och 75-watts glödlampa, eller hur spänningen från vägguttaget ger tillräckligt med juice för att driva både en liten skrivbordslampa och en kraftfull mikrovågsugn.
De tre mest grundläggande enheterna i elektricitet är spänning ( V ), nuvarande ( I , versaler "i") och motstånd ( R ). Spänning mäts i volt , ström mäts i förstärkare och motståndet mäts i ohms .
En snygg analogi för att förstå dessa termer är ett system med VVS -rör. Spänningen motsvarar vattentrycket, strömmen motsvarar flödeshastigheten, och motståndet är som rörstorleken.
Det finns en grundläggande ekvation inom elektroteknik som anger hur de tre termerna förhåller sig. Det står att strömmen är lika med spänningen dividerat med motståndet eller I =V/R. Detta är känt som Ohms lag.
Låt oss se hur denna relation gäller för VVS -systemet. Låt oss säga att du har en tank med tryckvatten ansluten till en slang som du använder för att vattna trädgården.
Vad händer om du ökar trycket i tanken? Du kan antagligen gissa att detta gör att mer vatten kommer ut ur slangen. Detsamma gäller för ett elektriskt system:Att öka spänningen kommer att få mer strömflöde.
Låt oss säga att du ökar slangens diameter och alla beslag till tanken. Du gissade säkert att detta också får mer vatten att komma ut ur slangen. Detta är som att minska motståndet i ett elsystem, vilket ökar strömflödet.
Elektrisk effekt mäts i watt . I ett elektriskt system ( P ) är lika med spänningen multiplicerad med strömmen.
Vattenanalogin gäller fortfarande. Ta en slang och rikta den mot ett vattenhjul som de som användes för att vända slipstenar i vattenkvarnar. Du kan öka effekten som genereras av vattenhjulet på två sätt. Om du ökar trycket på vattnet som kommer ut ur slangen, det träffar vattenhjulet med mycket mer kraft och hjulet snurrar snabbare, generera mer kraft. Om du ökar flödeshastigheten, vattenhjulet snurrar snabbare på grund av vikten av det extra vattnet som träffar det.
På nästa sida, vi pratar mer om elektrisk effektivitet.
Elektriska system är mer effektiva när en högre spänning används för att minska strömmen. SCIENCE PHOTO LIBRARY/Getty Images I ett elsystem, att öka antingen strömmen eller spänningen kommer att resultera i högre effekt. Låt oss säga att du har ett system med en 6-volts glödlampa ansluten till ett 6-volts batteri. Glödlampans effekt är 100 watt. Använda ekvationen I =P/V , vi kan beräkna hur mycket ström i ampere som skulle krävas för att få 100 watt ur denna 6-volts glödlampa.
Du vet att P =100 W, och V =6 V. Så, du kan ordna ekvationen som ska lösas för I och ersätta siffrorna.
I =100 W/6 V =16,67 ampere
Vad skulle hända om du använder ett 12-volts batteri och en 12-volts glödlampa för att få 100 watt effekt?
I =100 W/12 V =8,33 ampere
Så, detta sistnämnda system ger samma effekt, men med halva strömmen. Det finns en fördel med att använda mindre ström för att göra samma mängd ström. Motståndet i elektriska ledningar förbrukar ström, och den förbrukade effekten ökar när strömmen som går genom ledningarna ökar. Du kan se hur detta händer genom att göra en liten omorganisation av de två ekvationerna. Vad du behöver är en ekvation för effekt när det gäller motstånd och ström. Låt oss ordna om den första ekvationen:
I =V/R kan omräknas som V =I*R
Nu kan du ersätta ekvationen för V i den andra ekvationen:
P =V*I som ersätter V får vi P =I*R*I, eller P =I 2 *R
Vad denna ekvation säger till dig är att strömmen som förbrukas av trådarna ökar om trådarnas motstånd ökar (t.ex. om trådarna blir mindre eller är gjorda av ett mindre ledande material). Men det ökar dramatiskt om strömmen som går genom ledningarna ökar. Så, att använda en högre spänning för att minska strömmen kan göra elektriska system mer effektiva. Elmotorernas effektivitet förbättras också vid högre spänningar.
Denna förbättring av effektiviteten är det som fick bilindustrin att överväga att övergå från 12-volts elektriska system till 42-volts system på 1990-talet. När fler bilar levereras med eldrivna bekvämligheter-videodisplayer, sittvärmare, "smart" klimatkontroll - de krävde tjocka ledningar för att leverera tillräckligt med ström. Att byta till ett högre spänningssystem skulle ge mer effekt med tunnare mätningskablar.
Växeln hände aldrig, eftersom biltillverkare kunde öka effektiviteten med digital teknik och effektivare elektriska pumpar vid 12 volt. Men vissa nya modeller använder hybridsystem med en separat 48-voltsgenerator för att driva avancerade funktioner som inaktiv avstängning samtidigt som den totala systemeffektiviteten ökar.
För att lära dig mer om el och relaterade ämnen, kolla in länkarna på nästa sida.
Ursprungligen publicerat:31 oktober, 2000
