Ich bin auf dem Weg zu verstehen, was Spannung ist, und bin auf dieses großartige Video gestoßen , das das Konzept des elektrischen Potentials anhand einer Analogie zum Gravitationspotential erklärt. Ich werde schreiben, was ich daraus verstanden habe und was nicht.
Mit Gravitation assoziieren wir ein Objekt mit einer potenziellen Gravitationsenergie , gemessen in Joule. Dass es besitzt, wenn es an einem Punkt im Raum platziert wird. Dies ist, wie viel Arbeit das Objekt auf seinem Weg nach unten in die niedrigstmögliche Position leisten kann, oder umgekehrt, wie viel Arbeit erforderlich ist, um es dorthin zu heben, wo es jetzt ist. Dieser Wert ist eine Funktion der Höhe, der Masse des Objekts und der Gravitationsstärke.
Wir verbinden das Gravitationspotential mit einer Position im Raum, gemessen in Joule pro kg, was uns sagt, wie viel potentielle Energie ein 1 kg halten wird, wenn es an dieser Position platziert wird. Dieser Wert ist eine Funktion der Stärke des Gravitationsfeldes und der Höhe dieser Position von einer anderen Position, auf die ein Objekt fallen kann.
Wenn wir ein Objekt in einer bestimmten Höhe platzieren, sagen wir 2 Meter, und es auf eine Höhe von 0,5 Metern fallen lassen, verliert jedes kg dieses Objekts 1,5 * 9,8 Joule an potenzieller Gravitationsenergie, wenn es die untere Position erreicht. Das Objekt wird fallen, weil die Natur dazu neigt, die potenzielle Energie zu senken.
Wir können also sagen, dass zwei Punkte im Raum mit dem Gravitationspotential verbunden sind, was 1 kg Masse bewirkt, wenn es vom höheren zum niedrigeren fällt.
Lassen Sie uns jetzt über Elektrizität sprechen. Statt Masse sprechen wir von Ladung und statt Gravitation sprechen wir von elektrischem Feld.
Eine Ladung wird, wenn sie in ein elektrisches Feld gebracht wird, mit der in Joule gemessenen elektrischen potentiellen Energie assoziiert , die sie besitzt, wenn sie an diesem Ort gehalten wird. So viel Arbeit kann diese Ladung leisten, wenn sie durch das elektrische Feld freigesetzt und aufgehoben wird, oder umgekehrt, wie viel Arbeit musste verrichtet werden, um sie an diesen Ort zu bringen. Dieser Wert ist eine Funktion der Stärke des elektrischen Felds, der Größe der Ladung (Anzahl Coulomb) und des Abstands von der Ladung, die das Feld erzeugt.
Wir verbinden elektrisches Potential mit einer Position im Raum, gemessen in Joule pro Coulomb. So viel potenzielle Energie hält 1 Coulomb Ladung, wenn es in dieser Position platziert wird. Dieser Wert ist eine Funktion der Stärke des elektrischen Feldes und der Entfernung von der es erzeugenden Ladung. Wie bei der Schwerkraft, wenn wir eine Ladung in ein elektrisches Feld bringen – einen Ort mit einem damit verbundenen elektrischen Potential – und sie zu einem Punkt aufheben lassen, der ein geringeres elektrisches Potential hat, verliert jedes Coulomb der Ladung die Differenz des elektrischen Potentials zwischen den zwei Punkte. Wenn der Unterschied im elektrischen Potential zwischen den beiden Punkten 9 Joule/Coulomb beträgt, verliert jedes Coulomb 9 Joule an elektrischer potentieller Energie, wenn es vom Punkt mit höherem Potential zum niedrigeren verschoben wird.
Spannung ist die Differenz des elektrischen Potentials zwischen zwei Punkten. Die Spannung einer Batterie zum Beispiel ist die elektrische Potentialdifferenz zwischen ihren beiden Polen. Dieser Unterschied ist im Grunde die Menge an Joule Energie, die 1 Coulomb hat, wenn es am Pluspol platziert wird, mehr als es hat, wenn es am Minuspol platziert wird. Ein Coulomb auf der positiven Seite einer 9-Volt-Batterie kann 9 Joule mehr Arbeit leisten als ein Coulomb auf der negativen Seite. Der Prof. im Video vergleicht es mit einem 2 Meter über dem Boden platzierten Ball, den wir über einem 0,5 Meter über dem Boden platzierten Tisch halten. Zwischen den beiden Punkten besteht ein Unterschied des Gravitationspotentials: Der obere hat 2 * 9,8 Joule/kg und der untere hat 0,5 * 9,8 Joule/kg. Wenn der Ball losgelassen wird, verliert jedes kg 15 Joule/kg an Gravitations-PE.
Meine Frage lautet wie folgt: Betrachten Sie die Analogie zum Ball, der über einem Tisch platziert wird. Schließlich hat der unterste Punkt (dh der Tisch) eine potenzielle Energie von null. Der Professor präsentiert es als einen Punkt mit einem gewissen Gravitationspotential, aber für uns hat es kein Potential, da der Ball, sobald er diesen Punkt erreicht, keine potentielle Energie hat, da er nicht mehr fallen kann, also wenn wir über Gravitation sprechen Potenzial, wir sprechen wirklich über ein Potenzial von einem Punkt, das ist ein Punkt, von dem aus das Objekt fallen kann, und dieses Potenzial ist eine Funktion der Höhe von diesem unteren Punkt. Wir können diese Höhe als Subtraktion der Abstände der beiden Punkte von einem dritten Punkt ausdrücken, aber was nützt das?
Ich schätze, meine Frage läuft auf Folgendes hinaus: Wir sagen, dass Spannung die Differenz des elektrischen Potentials zwischen zwei Punkten ist, und wir definieren das elektrische Potential einer Position als die Menge an Joule Arbeit, die von 1 Coulomb Ladung, die dort platziert wird, verrichtet werden kann Position. Daraus verstehe ich, dass es für eine bestimmte Position ein gewisses Potenzial gibt, unabhängig von jedem anderen Punkt, und die Spannung zwei Punkte mit einem Unterschied in ihrem elektrischen Potenzial ist. Anders ausgedrückt: Der Professor im Video erklärt Folgendes: Wenn wir sagen, dass diese Batterie 9 Volt hat, sagen wir eigentlich, dass ein auf der positiven Seite platziertes Coulomb 9 Joule mehr Arbeit leisten kann als ein auf der negativen Seite platziertes Coulomb . Daraus verstehe ich, dass es einige gibtMenge an Arbeit, die ein Coulomb auf der positiven Seite leisten kann, und eine andere Menge an Arbeit, die ein Coulomb auf der negativen Seite leisten kann, und die Differenz zwischen ihnen ist die Spannung der Batterie.
Aber ich verstehe, dass es nicht der Fall ist ... Kann das jemand für mich klären?
Die elektrostatische Kraft und die Gravitationskraft sind beide konservative Kräfte, was bedeutet, dass die von der Kraft verrichtete Arbeit (Änderung der kinetischen Energie) unabhängig vom zurückgelegten Weg ist und nur von der Start- und Endposition abhängt. Das Negative der von einer konservativen Kraft verrichteten Arbeit wird als Differenz der potentiellen Energie definiert.
Das elektrische Feld ist definiert als Kraft pro Ladungseinheit und Spannung ist die potenzielle Energie pro Ladungseinheit (Joule pro Coulomb) für ein elektrostatisches Feld. wo ist ist die Differenz der Spannung von der Position Zu .
Ähnlich, wo ist ist die Differenz der Gravitationspotentialenergie von der Position Zu , Und ist die Schwerkraft.
In Bezug auf Ihre Frage hat eine 9-V-Batterie eine Spannungsdifferenz von 9 V an ihren Anschlüssen. Die Spannung jedes Anschlusses in Bezug auf beispielsweise Erde ist undefiniert, es sei denn, einer der Anschlüsse ist mit Erde verbunden. In diesem Fall hat dieser Anschluss die gleiche Spannung wie Erde, die normalerweise als angenommen wird Volt. Unabhängig vom absoluten Potential eines der Pole in Bezug auf Erde beträgt die Spannungsdifferenz zwischen den Batteriepolen 9 V. Eine Ladung Coulomb (positiv) erfährt eine Spannungsänderung von -9 V (Änderung der potentiellen Energie von -9*q Joule), wenn es sich vom positiven zum negativen Anschluss bewegt, typischerweise durch einen an die Batterie angeschlossenen Stromkreis. Bei einer reinen Widerstandsschaltung ist die Abnahme der potentiellen Energie gleich der Änderung der inneren Energie (Erwärmung) des Widerstands. (In Wirklichkeit bewegen sich negativ geladene Teilchen, Elektronen, vom Minuspol zum Pluspol, aber der Effekt ist derselbe wie für eine positive Ladung beschrieben.)
Es hängt davon ab, wie hoch das Potenzial der Person ist, das in Bezug auf die Batterie definiert ist , da Strom gemäß Potenzialunterschieden fließt (wie Sie beobachtet haben, ist dieser Unterschied physikalisch bedeutsam, nicht die absoluten Spannungen). Wenn die Person dabei ist bzgl. wie du die spannungen der batterieklemmen definiert hast, dann die klemme mit wird versuchen, die Spannungsdifferenz auszugleichen, indem er der Person einen Strom zuführt. Wenn die Person dabei ist , jedoch erzeugt der gegenüberliegende Anschluss den Strom.
Beachten Sie, dass wir im letzteren Fall alle drei Spannungen verschieben können , und wir sehen, dass das Szenario dem entspricht, in dem sich die Person befindet , und die Klemme der Batterie mit wird einen Strom erzeugen. Diese konstante Verschiebung auf der ganzen Linie kann in jedem Fall durchgeführt werden, da sie die Unterschiede zwischen den Spannungen nicht beeinflusst:
Yoav Klein
John Darby
Yoav Klein
John Darby