Spannungsabfall durch einen Widerstand

Ich fürchte, diese Frage wird ziemlich dumm klingen, aber hier ist sie:

Angenommen, ich habe eine sehr einfache Schaltung: eine Batterie und einen Widerstand. Die Summe der Spannungen in diesem Kreis muss gleich Null sein. Meine Frage ist, woher "weiß" der Widerstand, wie viel Spannungsabfall er liefern soll? Wie kommt es, dass es immer einen Spannungsabfall aushält, der genau der von der Batterie gelieferten Spannung entspricht?

Aufgrund von V = IR kann ich sehen, dass bei konstantem Widerstand der über den Widerstand fließende Strom entsprechend dem erforderlichen Spannungsabfall zu- oder abnimmt. Aber wie und warum kommt es zu dieser "Anpassung"?

Vielleicht verwenden Sie es einfach als Abkürzung, fragen aber, wie die Dinge "wissen", vernebeln fast immer das Problem und halten Sie davon ab, zu sehen, wie es passiert. Fragen Sie stattdessen, was den Prozess regelt.

Antworten (2)

Die Antwort ist einfach, der Widerstand weiß nicht , welchen Spannungsabfall er liefern soll, und bis zu einem gewissen Grad ist es ihm auch egal (es sei denn, er ist so hoch, dass der Strom ihn brät, aber das ist ein anderes Problem).

Der "Spannungsabfall" wird nur durch die vom Generator (Batterie oder andere) erzeugte Potentialdifferenz bestimmt. Wenn der Stromkreis offen ist, haben die Elektronen keinen Weg, also gibt es keinen Fluss. Sobald der Stromkreis geschlossen ist, haben die Elektronen einen Weg und beginnen über den Leiter zu fließen (ein Widerstand ist auch ein Leiter).

Das einzige, was der Widerstand bestimmt, ist, wie stark der Elektronenfluss von A nach B sein wird (von einem Potential zum anderen, aber denken Sie daran, dass dieses Potential vom Generator erzeugt wurde, der Widerstand muss es nicht wissen).

Ich mache oft die Analogie zwischen Elektrizität und hydraulischem Fluss. Betrachten Sie die vom Generator erzeugte Potentialdifferenz (die Spannung) als Höhe und den Widerstand als slope. Der Fluss von Wasser wird genauso unterschiedlich sein wie die Elektronen in einem Kreislauf.

Betrachten Sie das 3. Szenario im folgenden Bild:Widerstände

  • Szenario A: Kein Widerstand zum Schließen des Stromkreises => kein Stromfluss möglich.
  • Szenario B: Niedriger Widerstand. Die Elektronen (oder das Wasser) fallen (ziemlich schnell) vom hohen auf das niedrige Potential.
  • Szenario C: Die Elektronen (oder das Wasser) fallen von hohem auf niedriges Potential, immer noch aus der gleichen Höhe (Ihr Spannungsabfall ist identisch). Nur diesmal macht es der höhere Widerstand (flachere Flanke) schwieriger, das niedrige Potential (=> niedrigerer Strom) zu erreichen.

Stellen Sie sich nun vor, das highPotential beträgt 24 V oder sogar 10.000, die Mechanik ist immer noch dieselbe, die Elektronen fließen von einem Potential zum anderen , sobald sie einen Weg haben, unabhängig vom Widerstandswert. Der einzige Unterschied, den der Widerstand macht, ist, wie stark sie fließen (wie stark der Strom sein wird).

Anmerkung: Die Analogien zum Wasserfluss sind leicht streitbar und stoßen bei komplexen Schaltungen schnell an ihre Grenzen, dies ist hier nicht die Übung. Sie sind immer noch eine großartige Möglichkeit, elektrischen Strom in einfachen Fällen zu erklären

Es ist keine dumme Frage.

Die Elektronen auf der negativen Seite der Batterie haben Energie und suchen nach "irgendeinem Weg", um diese Energie loszuwerden - bewegen sich in Richtung eines elektrischen Feldes. Wenn Sie eine Schaltung erstellen, verschieben Sie das Potential des positiven Anschlusses näher an den negativen Anschluss. Wenn Sie davon ausgehen, dass "Draht" (der Einfachheit halber) keinen Widerstand hat und das einzige Widerstandselement der Widerstand ist, muss das elektrische Feld (Potenzial) entlang des Drahtes Null sein, sodass das gesamte Potential der Batterie über dem Widerstand landet.

An diesem Punkt sagen die Elektronen: "Hey, wir können anfangen, uns über diesen Widerstand zu bewegen", und sie beginnen sich zu bewegen. Aber wenn sie sich bewegen, stoßen sie auf Widerstand – im Grunde werden sie von ihrem Weg von A nach B abgebracht und müssen immer wieder beschleunigen. Dieses „Aus der Bahn geworfen werden“ wird als Widerstand empfunden (was zu einer Erwärmung des Widerstands führt) und die Zeit, die das Elektron braucht, um wieder Fahrt aufzunehmen (und wieder aus der Bahn geworfen zu werden), ist eine Funktion des elektrischen Felds – des Potentials Unterschied.

Somit gibt es einen Rückkopplungsmechanismus; und es stellt sich heraus, dass "Widerstand" eine geeignete Größe ist, um diesen "Energieverlust" zu beschreiben, wenn das Elektron den Widerstand durchquert. Die "Anpassung", nach der Sie fragen, findet also wirklich auf mikroskopischer Ebene statt.

Wird es dir dadurch klarer?

Hmm, ich bin mir nicht sicher, ob ich verstehe, wie das das "Unterbringungsproblem" löst ... Die Potentialdifferenz ist nicht nur eine Funktion des elektrischen Feldes, sondern auch eine Funktion der Länge des Widerstands. Wie und warum verändert sich also das elektrische Feld auf einen bestimmten Wert, so dass es mit der spezifischen Menge an Potentialdifferenz übereinstimmt, die von der Batterie auferlegt wird? Außerdem haben Sie eine andere Frage beantwortet ... Weil ideale Leiter keinen Spannungsabfall haben, können sie dann keinen Strom leiten? Wie in , Widerstand = E/J?
@David Elektrisches Feld und Potential hängen durch das Linienintegral zusammen Δ v = ∫ S E → ⋅ D S → (oder Δ v = E Δ S cos ⁡ θ für meine Algebra/Trig-Studenten). Das Potential über dem Widerstand ergibt sich aus der Batterie und den Eigenschaften der Leitungsladung auf Leitern, sodass das Feld die richtige Konfiguration findet.
Wenn Sie akzeptieren, dass das gesamte Potential der Batterie am Widerstand anliegt, folgt daraus, dass das lokale elektrische Feld durch die Batteriespannung dividiert durch die Größe des Widerstands gegeben ist. Eine gute mikroskopische Beschreibung finden Sie unter hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/ohmmic.html , die die Dinge klarer machen kann. Beachten Sie, dass die Geschwindigkeit von Elektronen "in zufällige Richtungen" um viele Größenordnungen größer ist als die Driftgeschwindigkeit in Metallen - 10 6 M / S vs M M / S .
Anscheinend möchten Sie wissen, warum eine Spannungsquelle - beispielsweise eine Batterie - einen konstanten Spannungsabfall liefern kann. Nehmen Sie ein einfacheres Beispiel – einen geladenen Kondensator – und verbinden Sie ihn mit zwei Drähten. Das Potential zwischen den Enden der Drähte bleibt unabhängig vom Abstand zwischen diesen Enden konstant. Mit anderen Worten, das Feld zwischen den Drähten verändert sich immer so, dass die Potentialdifferenz gleich bleibt. Dafür wird überhaupt kein Widerstand benötigt.
Spannungsabfall durch einen Widerstand
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