Lo que importa no es el alto voltaje, es la baja corriente que resulta de transmitir la misma potencia con el alto voltaje.
Considere este circuito, que es un circuito simplificado y equivalente de una línea de transmisión de energía. Solo tiene en cuenta la resistencia de la línea, ignorando su inductancia y capacitancia.
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Aquí, TR1 es el transformador en algún lugar de la línea (lo siento, no pude encontrar un símbolo de generador en Eagle), R1 y R2 son cables largos (que tienen una resistencia distinta de cero) y LMP1 es una carga, conectada a la transmisión línea (en realidad será otro transformador, pero quiero simplificar las cosas).
Es cierto que la energía entregada a la carga resistiva es el producto de la corriente que fluye a través de esta carga y la caída de voltaje a través de esta carga (para los puristas: estoy escribiendo sobre una carga resistiva, porque deliberadamente no quiero introducir un cambio de fase concepto aquí, ya que creo que complicaría las cosas más de lo necesario para responder la pregunta). En este circuito simplificado, LMP1 extrae energía de TR1 a través de los cables con resistencia R1 + R2. El truco es que la resistencia R1 no “sabe” cuál es el voltaje suministrado por el transformador. Solo “conoce” la corriente que fluye a través de él.
Ahora, imagine que la lámpara necesita 100W para funcionar. Consideremos dos formas de archivar esto.
- Usemos muy bajo voltaje, 5V. La corriente necesaria para alimentar una lámpara de 100W será de 100W / 5V = 20A.
- Usemos muy alto voltaje, 500V. La corriente necesaria para alimentar una lámpara de 100W será de 100W / 500V = 0.2A.
Ahora supongamos que cada cable tiene una resistencia constante, igual a 0.01ohm, o 10 miliohms, que es bastante baja, pero aún no es cero. La caída de voltaje a través de un cable, de la ley de Ohm, será: U = I * R.
- En el primer caso (100W = 5V * 20A), la caída de voltaje en un cable será de 20A * 0.01ohm = 0.2V. La potencia disipada por este cable será 0.2V * 20A = 4W, por lo que el transformador necesitará suministrar 100W para la bombilla + 8W para pérdidas en dos cables.
- En el segundo caso (100W = 500V * 0.2A), la caída de voltaje a través de un cable será 0.2A * 0.01ohm = 0.002V, o 2mV. La potencia disipada por este cable es igual a 0.002V * 0.2A = 0.0004W, o 0.4mW. El transformador necesita suministrar 100W para la bombilla + 0.8mW para pérdidas.
Lo que podemos notar es que:
- Aumentamos el voltaje 100 veces (de 5V a 500V)
- La corriente necesaria disminuyó 100 veces (de 20A a 0.2A)
- La caída de voltaje a través del cable disminuyó 100 veces (de 0.2V a 0.002V)
- La pérdida de potencia disminuyó 10000 (100 * 100) veces
¿Por qué la pérdida de potencia disminuyó cuadráticamente? Porque es proporcional tanto a la corriente como a la caída de voltaje a través del cable.
Esta explicación es bastante simplificada, en realidad no usamos resistencia de cable, pero su impedancia (debido a un componente inductivo distinto de cero en el cable largo) y esta impedancia no es constante (la resistencia pura tampoco es constante, dependiendo de la temperatura ), También supuse que la lámpara extraerá la corriente que necesita para obtener 100 W (si el voltaje cae), lo que en realidad no es el caso (tal vez una fuente de alimentación de modo conmutado sería un mejor ejemplo), pero el principio es el igual: cuanto mayor sea el voltaje, menor será la corriente (para la misma cantidad de energía suministrada), menor será la corriente, menor será la caída de voltaje a través de la resistencia del cable y menor será tanto la corriente como la caída de voltaje (mucho) Bajar la pérdida de potencia.