Ich entschuldige mich im Voraus, wenn dies zu naiv erscheint. Ich habe wirklich Schwierigkeiten, den Zusammenhang zwischen Spannung und Strom zu verstehen. Ich habe gelesen, dass 1 Volt die Menge an Arbeit ist, die zum Bewegen von a aufgewendet wird Ladung (das ist eine endliche Anzahl von Elektronen). Wie können wir also Fälle haben, in denen Spannung und Strom unterschiedlich sind?
Mein nächster Zweifel ist, wenn wir elektrische Komponenten in Reihe schalten. Der Strom bleibt gleich, aber die Spannung fällt an jedem elektrischen Bauteil ab. Aber aus dem obigen Zweifel; Wie können wir die gleiche Anzahl von Elektronenflüssen erreichen, wenn die geleistete Arbeit (Spannung) reduziert wird? In Bezug auf die Wasserfall-Analogie. Aber hier, wenn die Spannung abfällt, wird nicht die Höhe des Wasserfalls selbst manipuliert.
Lassen Sie sich bei dieser Frage irritieren – für viele Studenten ist es ein neues Phänomen, für das keine Analogie perfekt ist.
Strom ist sehr einfach zu verstehen. Wie Sie bereits erwähnt haben, fließen im Grunde nur Elektronen pro Sekunde vorbei . Da es jedoch ziemlich zeitaufwändig wäre, immer Dinge zu sagen wie „der Strom beträgt 1000000000000000000 Elektronen pro Sekunde“, sprechen wir eher von Coulomb pro Sekunde, wobei 1 Coulomb äquivalent ist Elektronen. Wenn jede Sekunde 1 Coulomb vorbeifließt, dann sagen wir, der Strom ist 1 Ampere.
Spannung ist etwas subtiler. Ich nehme an, Sie verstehen die Idee der potentiellen Gravitationsenergie - wenn ein Objekt weit von der Erde entfernt ist, hat es eine höhere potentielle Gravitationsenergie als ein näheres Objekt, und wir können diese potentielle Energie in kinetische Energie umwandeln, indem wir sie fallen lassen. Wenn Sie zwei geladene Objekte haben (z. B. mit entgegengesetzter Ladung), haben sie umso mehr elektrische potentielle Energie , je weiter sie entfernt sind. Auch hier können Sie diese elektrische potentielle Energie in kinetische Energie umwandeln, indem Sie sie freigeben und sie beim Fliegen beobachten aufeinander zu.
Nun, im Gravitationsfall, je schwerer Ihr Objekt, desto mehr potenzielle Gravitationsenergie wird es haben (deshalb tun fallende Klaviere mehr weh als fallende Hagelkörner) und im Gravitationsfeld der Erde können wir dies genau quantifizieren. Wenn sich ein Objekt 1 Meter über dem Boden befindet, wissen wir, dass seine potenzielle Gravitationsenergie 9,81 Joule pro kg beträgt.
Und diese Größe ist analog zur Spannung. Es hat Einheiten von Joule pro kg, während Spannung Einheiten von Joule pro Coulomb hat. So wie wir über die potenzielle Energie der Gravitation pro kg in einer Höhe über der Erde sprechen können, können wir über die potenzielle elektrische Energie pro Coulomb von Elektronen sprechen, und wir nennen dies die Spannung.
Abschließend haben Sie von elektrischen Komponenten in Serie gesprochen. Es sollte Ihnen klar sein, dass der Strom an allen Punkten konstant ist: Wenn nicht irgendwo Elektronen verschwinden oder sich aufbauen (und wir würden das später ziemlich schnell bemerken), muss der Fluss an jedem Punkt konstant sein. Aber im Laufe der Zeit, wenn die Elektronen jedes Element des Stromkreises passieren, können sie elektrische potentielle Energie oder Spannung verlieren. Hier gibt es keinen Widerspruch. Mit Ihrer Wasserfallanalogie könnten Sie sich einfach einen mehrstufigen Wasserfall vorstellen - wenn Sie durch jeden Widerstand gehen, fällt das Potenzial ein wenig ab, aber der Gesamtfluss bleibt konstant.
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