Aus irgendeinem Grund habe ich das Gefühl, dass das Konzept der Spannung meinem Verständnis entgeht. Ich habe in diesen Foren und in Texten viel recherchiert und bin auf Antworten gestoßen, die recht gut durchdacht erscheinen, aber das grundlegende Konzept der Spannung immer noch nicht erfassen können.
Ich könnte die Definition von Spannung auf viele Arten erklären (wiederkäuen) und sie in Gleichungen einfügen, aber wenn es darum geht, mein grundlegendes Verständnis davon als natürliches Konzept zu testen, scheitere ich.
Ich werde erklären, was ich weiß und was nicht, und ich habe einige theoretische Fragen, von denen ich hoffe, dass sie mir zu einem besseren Verständnis verhelfen werden.
Folgendes glaube ich zu wissen: 1. Spannung ist elektrische potentielle Energie. Es repräsentiert ein Ungleichgewicht der Ladungsverteilung.
Dies bedeutet, dass die Elektronen bei einem ausreichenden Leiter Arbeit verrichten, indem sie sich in einen Gleichgewichtszustand bewegen, um dieses Ungleichgewicht zu korrigieren.
Die Spannung muss zwischen zwei Punkten gemessen werden, da sie nur in Bezug auf ein Ungleichgewicht zwischen einem Punkt und einem anderen existieren kann.
Spannungsmaße bestimmen die Arbeit, die infolge der Unwucht verrichtet werden kann?
Die Menge an Spannung in einer Batterie würde sich nicht ändern, wenn Sie die Größe der Batterie erhöhen würden. Es würde sich nur ändern, wenn Sie die durchschnittliche Negativitätsladungsdichte im Minuspol erhöhen würden?
Hier ist, was ich nicht weiß oder Fragen dazu habe: 1. Eine Erhöhung der Spannung erhöht also den Strom, weil eine höhere Spannung ein höheres Ungleichgewicht von der Quelle bedeutet, was mehr "Druck" auf die Elektronen bedeutet, sich zu bewegen? Bedeutet das bei einem festen Drahtdurchmesser, dass eine höhere Spannung die Elektronen schneller bewegen würde?
Warum addieren sich Widerstände in Reihe? Ich verstehe nicht. Ich stelle mir einen Widerstand als Engpass vor, da die gesamte Schaltung durch den Widerstand des widerstandsfähigsten Bauteils begrenzt ist. Aber das ist eindeutig falsch. Ist es richtiger, sich vorzustellen, dass jedes Mal, wenn Elektronen durch einen Widerstand wandern, sie mehr Arbeit verrichten müssen und einen Teil ihrer Fähigkeit verlieren, zukünftige Arbeit zu leisten, und dass sie immer weniger Energie haben, je mehr Widerstände sie durchlaufen?
Wenn ein Strom/Elektronenstrom zu fließen beginnt und durch einen Draht mit einem Widerstand von 1 Ohm fließt und durch einen Widerstand von 5 Ohm geht, dann zurück zu einem Draht mit einem Widerstand von 1 Ohm, da der Widerstand abnimmt, würde er beim Verlassen wieder schneller werden 5 Ohm Widerstand? Wenn ja, gehe ich davon aus, dass seine neue Geschwindigkeit (relativ zu seiner Anfangsgeschwindigkeit beim Eintritt in den Stromkreis) proportional zum Bruchteil der verbleibenden Spannung nach dem gesamten Spannungsabfall bis zu diesem Punkt wäre?
Wenn eine Batterie leer ist, gehe ich davon aus, dass ihre Spannung nicht auf 0 liegt. Hat eine leere Batterie einfach nicht mehr die Mindestspannung, die erforderlich ist, um die Schaltung mit genügend Strom zu versorgen, um das Gerät mit Strom zu versorgen? Bedeutet das in diesem Fall, dass leere Batterien immer noch einen Stromkreis mit weniger Widerstand oder geringerem Leistungsbedarf versorgen könnten?
Dieses Zitat aus Wikipedia verwirrt mich: "In einer Reihenschaltung ist der Strom durch jede der Komponenten gleich und die Spannung über der Schaltung ist die Summe der Spannungen über jeder Komponente". Was bedeutet es, dass Bauteile "Spannung haben". Ich gehe davon aus, dass dies den Spannungsabfall von vor der Komponente im Vergleich zu danach bedeutet, oder? Aber was ist die Begründung dafür, dass die Komponente Spannung "hat"? Versucht es, die von dieser Komponente geleistete Arbeit (dh abgegebene Wärme) auszudrücken?
Zuletzt noch ein Wiki-Eintrag: "In einer Parallelschaltung ist die Spannung an allen Komponenten gleich". Das hat mich verwirrt, aber ich glaube, ich habe es gerade herausgefunden. Wenn ein Strom durch mehrere Pfade fließt, würde er den Weg des geringsten Widerstands zu seinem Ziel nehmen. Wenn also eine Parallelschaltung einen 1-Ohm-Widerstand und einen 5-Ohm-Widerstand parallel hat, hätten beide den gleichen Spannungsabfall, aber den Strom Durch den 5-Ohm-Widerstand zu fließen, wäre 1/5 des Werts des 1-Ohm-Widerstands?
Vielen Dank, dass Sie sich die Zeit genommen haben, meinen Beitrag zu lesen. Ich hoffe, ich habe nicht alles schrecklich falsch verstanden.
Spannung ist ähnlich wie Höhe. Sie spielt für die elektrische Ladung die gleiche Rolle wie die Höhe*Schwerkraft für einen Ball auf einem Hügel. Hochspannung bedeutet also hohe potentielle Energie, genauso wie ein Ball hoch oben auf einem Hügel hohe potentielle Energie bedeutet.
Spannung ist keine potentielle Energie, genauso wie Höhe keine Energie ist. Allerdings, wenn Sie eine bestimmte Menge an Gebühren haben , Sie können es mit der Spannung multiplizieren, um die potenzielle Energie zu erhalten, die sein kann . Dies ähnelt der Art und Weise, wie Sie Höhe mit Masse * Schwerkraft multiplizieren können, um zu erhalten für die potentielle Energie einer Kugel auf dem Hügel. Spannung ist also potentielle Energie pro Ladungseinheit, genauso wie Höhe * Schwerkraft potentielle Energie pro Masseneinheit ist.
Die Spannung muss zwischen zwei Punkten aus dem gleichen Grund gemessen werden, aus dem die Höhe sein muss. Wenn jemand sagt „Die Höhe hier beträgt 1000 Fuß“, vergleicht er dies tatsächlich mit einem Punkt auf Meereshöhe. In der Elektronik wird „Meeresspiegel“ oft durch „Boden“ ersetzt. Wenn also jemand sagt: "Dieser Zaun ist mit 10.000 Volt elektrifiziert", meint er, dass zwischen dem Zaun und dem Boden ein Unterschied von 10.000 Volt besteht, genauso wie er meint, dass zwischen der aktuellen Erhebung und dem Ozean ein Gefälle von 1.000 Fuß besteht. Sie können jedoch zwei beliebige Punkte verwenden, um Höhenunterschiede zu messen. Wenn Sie einen Ball fallen lassen, ist es sinnvoller, über die Höhe über dem Boden des Raums zu sprechen, in dem Sie sich befinden, als über den Meeresspiegel. Wenn Sie sich einen einzelnen Widerstand ansehen möchten,
Die Arbeit, die an einer Ladung geleistet wird, wenn sie sich von Punkt zu Punkt bewegt, ist die Ladungsmenge multipliziert mit der Spannungsdifferenz. Das ist genauso wie die Arbeit, die an einem Ball geleistet wird, wenn er einen Hügel hinunterrutscht, ist die Masse des Balls mal die Höhe des Hügels mal die Schwerkraft.
Eine einzelne Batteriezelle kann nur wenige Volt erzeugen. So stark ändert sich das Potential für ein einzelnes Elektron bei der chemischen Reaktion in der Zelle. Das ist ein bisschen so, als würde eine Pumpe, die per Sog arbeitet, Wasser nur etwa 30 Fuß in die Luft heben, da dies die potenzielle Energie aus dem Auftrieb der gesamten Atmosphäre ist. Sie können mehrere Batterien übereinander stapeln, um einen höheren Gesamtspannungsabfall zu erzielen (wie bei 9-V- oder 12-V-Batterien), genauso wie Sie mehrere Pumpen verwenden könnten, um Wasser höher als 30 Fuß anzusaugen.
Wenn Sie die Spannung über einem Schaltungselement erhöhen, kann das Verhalten im Allgemeinen ziemlich kompliziert sein. Das ist so, als würde man sagen, wenn man eine Rampe in einen steileren Winkel neigt, verändert man die Art und Weise, wie Objekte die Rampe hinunterrutschen. Bei vielen Materialien finden wir ein einfaches Verhalten: Strom = Spannung/Widerstand. Wenn Sie also die Spannung verdoppeln, verdoppeln Sie den Strom. Dies wird als Ohmsches Gesetz bezeichnet. Eine genaue Beschreibung, warum dies wahr ist, ist im Moment wahrscheinlich etwas zu weit fortgeschritten. Sie tun gut für Ihre Intuition, wenn Sie anfangen, sich elektrischen Strom wie Wasser vorzustellen, das durch eine Röhre fließt. Dann besagt das Ohmsche Gesetz, dass das Wasser doppelt so schnell fließt, wenn Sie den Fluss antreiben, indem Sie das Wasser bergab fließen lassen, wenn Sie den bergab fließenden Fluss doppelt so steil machen. Ja, man kann sich das so vorstellen, als würde man sagen, dass sich die Elektronen schneller bewegen.
Das Hinzufügen von Widerständen in Reihe ist wie das Hinzufügen mehrerer Rohre, die durchlaufen werden müssen. Wenn Sie versuchen, das Wasser durch mehr Rohre zu drücken, wird es schwieriger. Wenn Sie Wasser durch eine Reihe von Rohren einen Hügel hinunterfließen lassen, gilt: Je mehr Rohre Sie haben, desto weniger kann jedes Rohr bergab gerichtet werden. Das bedeutet, dass durch das Hinzufügen weiterer Rohre das Wasser überall langsamer fließt. In ähnlicher Weise reduziert das Hinzufügen weiterer Widerstände in Reihe den Strom überall.
Die Größe, die Sie tatsächlich messen, wenn es um Strom geht, ist der Gesamtfluss - die Anzahl der Elektronen, die pro Sekunde hindurchgehen. Wenn Sie eine 1-Ohm-, 5-Ohm-, 1-Ohm-Widerstandsserie haben, fließt durch sie alle der gleiche Strom. Denn wenn sie es nicht täten, würde sich die Strömung irgendwo aufbauen und das würde den Fluss verändern. (Dies geschieht tatsächlich, nur sehr schnell, weil die Drähte eine sehr geringe Kapazität haben.) Die Art und Weise, wie sie alle den gleichen Strom erhalten, ist, dass sie unterschiedliche Spannungen haben. Der größte Teil des Spannungsabfalls für die gesamte Schaltung erfolgt über den 5-Ohm-Widerstand. Dies ist wie das Aufstellen von Rohren, bei denen ein dünnes Rohr einen steilen Teil eines Hügels hinunterführt, während zwei dicke Rohre flache Teile des Hügels hinunterführen. Das gesamte Wasser, das pro Sekunde durch jedes Rohr fließt, wäre gleich. In diesem Fall, Das Wasser würde sich schneller durch das dünne Rohr (den Teil mit hohem Widerstand) bewegen. Dies liegt nur daran, dass die Gesamtströmung gleich ist. Wenn also die Querschnittsfläche kleiner ist, ist die Geschwindigkeit zum Ausgleich höher. Diese Art von Bild funktioniert ungefähr auch mit Elektronen. Es wird Drude-Modell genannt. Es ist am einfachsten zu visualisieren, aber es entspricht nicht dem Quantenbild der modernen Physik.
Batterien sterben langsam, ja. Deshalb werden zum Beispiel Taschenlampen immer dunkler und dunkler, bevor sie sich ganz ausschalten.
Zu sagen, dass eine Schaltungskomponente eine Spannung hat, bedeutet nur, dass es einen bestimmten Spannungsabfall über diesem Element gibt. Es ist so, als würde man sagen, dass jedes Rohr einer Reihe von Rohren, die einen Hügel hinunterführen, einen bestimmten Höhenunterschied hat und dass der Höhenunterschied für das gesamte Rohrsystem die Summe aller Höhenunterschiede der einzelnen Rohre ist.
Wenn zwei Widerstände parallel geschaltet sind, haben sie den gleichen Spannungsabfall. Das ist so, als würde man sagen, dass zwei Rohre nebeneinander den gleichen Höhenunterschied haben. Der mit 1-Ohm-Widerstand hat fünfmal so viel Strom wie der mit 5-Ohm-Widerstand.
Ein paar erste Ideen, die helfen könnten:
Es spielt keine Rolle, wie schnell die Elektronen sind - ein Strom von 1 C/s (=1 A) bedeutet nur, dass eine Ladung im Wert von Coulomb (entspricht Elektronen) passiert jede Sekunde jeden Punkt im Stromkreis. Vielleicht bewegt sich ein Elektron so schnell, dass dies der Fall ist Runden der Rennstrecke pro Sekunde, oder vielleicht gibt es Elektronen reisen gerade schnell genug, um jede Sekunde eine Runde zu drehen. Vielleicht ist es eine andere Kombination. Es wird das Verhalten im großen Maßstab überhaupt nicht beeinflussen, also machen wir uns darüber keine Sorgen.
Die „Spannung“ einer elektrischen Komponente stellt die Spannungsdifferenz über ihr dar, dh die Energiegebühr, die jede Ladungseinheit (z. B. ausgedrückt in Columbs oder Elektronen) bezahlen muss, um sie zu passieren. Es ist wirklich nur sinnvoll, wenn es um einen bestimmten Stromkreis geht: Der Widerstand A kann in Stromkreis 1 eine Spannung von 5 V haben, in Stromkreis 2 jedoch 300 V. Dies gilt eigentlich auch für Batterien! Wir sprechen von AA-Batterien mit 1,5 V, aber die Spannung, die die Batterie tatsächlich erzeugt, sinkt, wenn der daraus gezogene Strom zunimmt. Dieser Effekt wird normalerweise in grundlegenden Schaltungskursen ignoriert (und wenn man sagt, dass Batterien die Spannung xyz haben), weil (a) er nicht signifikant ist, es sei denn, Sie ziehen viel Strom und (b) er vereinfacht die Dinge.
Der „Strom durch“ eine elektrische Komponente stellt die Geschwindigkeit dar, mit der Ladung durch die Komponente fließt. Auch hier wird dieselbe Komponente (im Allgemeinen) in verschiedenen Schaltkreisen unterschiedliche Ströme durchfließen lassen.
Um Ihre Fragen zu beantworten:
1.. (Sie scheinen zwei Einsen zu haben) Wie oben erwähnt, spielt die Geschwindigkeit der einzelnen Elektronen keine Rolle. Die Geschwindigkeit, mit der sich die Ladung bewegt, nimmt zu – entweder weil sich mehr Elektronen bewegen oder weil sie sich schneller bewegen (wir kümmern uns nicht wirklich darum).
Deine Erklärung ist richtig.
Sie beschreiben drei in Reihe geschaltete Komponenten. In diesem Fall muss der Strom durch jede Komponente gleich sein – wenn dies nicht der Fall wäre, würde bei einigen Komponenten mehr Ladung eintreten als austreten und würde daher eine statische Aufladung entwickeln. Dies ist in Schaltkreisen nicht der Fall - wenn es für einen kurzen Moment passieren würde, würden sich die gleichen Ladungen sofort abstoßen und das System würde reagieren, indem es den Strom aus dieser Komponente erhöht. Denken Sie auch wie immer an Strom (Ladung/Zeit), nicht an Geschwindigkeit (Entfernung/Zeit).
Ein einfacher alter Widerstand zieht weiterhin Strom, bis die Spannung Null erreicht. Elektronik verhält sich anders und kann unter einer bestimmten Spannung aufhören zu arbeiten. Ich weiß nicht genug über Elektronik, um im Detail zu erklären, was passiert.
Siehe Erklärung von „Spannung über“ oben. Wir beziehen uns auf Dinge, die eine Spannung haben, weil es weniger Worte sind. Dies ist das einzige, was dies jemals bedeuten wird, also ist es nicht mehrdeutig.
Angenommen, Sie haben zwei Zweige in einer Parallelschaltung und der Spannungsabfall an ihnen ist gleich. Wenn der ursprüngliche Teilungspunkt der Referenzpunkt (0 V) ist und der Ausgang eines Zweigs bei -5 V und der Ausgang des anderen bei -10 V liegt, was passiert dann? Aufgrund des Ungleichgewichts fließt Strom vom Ausgang des einen zum Ausgang des anderen, und zwar so lange, bis die beiden Spannungen gleich sind. Systeme mit solchen ungleichen Spannungen werden daher nicht natürlich vorkommen. Ihre Zusammenfassung - gleiche Spannung, unterschiedlicher Strom - ist korrekt.
Was ist Spannung? So wie ich es sehe, und das ist nur mein Konzept, steht Spannung für Elektronendruck. Da sich Elektronen gegenseitig abstoßen, ist die Spannung umso höher, je mehr Elektronen Sie in eine Einheitsmasse eines Leiters packen, z. B. in einem Metallfolienkondensator. Wenn Sie Elektronen auf einen Nichtleiter zwingen, ist der Platz für Elektronen sehr begrenzt und die statische Aufladung oder Spannung steigt sehr schnell an. Wenn Sie einen Strom durch einen Widerstand leiten, ist der Fluss oder die Stromstärke vor und nach dem Widerstand gleich, aber die Ladungsdichte ist auf der Niederspannungsseite aufgrund der Drosselung der Elektronen durch den Widerstand geringer.
alejnavab