Ich versuche zu verstehen, wie ein Netzteil funktioniert, und arbeite von Grund auf. Ich lerne etwas über Elektrizität, Spannung, Stromstärke, Ampere und Leistung. Ich bin neu in diesem Zeug, also entschuldige ich mich, wenn dies eine einfache oder bereits beantwortete Frage ist.
Nach dem, was ich bisher gelesen habe, ist hier mein Verständnis:
Elektrizität in einem Strom ist die Bewegung freier Elektronen durch ein leitfähiges Material. Die freien Elektronen „hüpfen“ von einem Atom zum nächsten.
ein Coulomb ist eine Ladungseinheit.
Die Ladung an sich ist nur eine Eigenschaft eines Objekts, die Anzahl der Elektronen oder deren Fehlen. Wenn Ladungen getrennt werden, erzeugen sie ein elektrisches Feld, das es Ihnen dann ermöglicht, die potentielle Energie zu definieren, die ein Objekt im Feld unabhängig von seiner Ladung in Abhängigkeit von seiner Position in diesem Feld haben würde. Die potenzielle Energie ist Joule/Coloumb an diesem bestimmten Punkt im E-Feld, also Volt. Wenn Sie an diesem Punkt Volt * Ladung des Objekts im Feld nehmen, erhalten Sie die elektrische potentielle Energie, die die Ladung tragen würde.
Diese elektrische potentielle Energie wird für nützliche Arbeit in eine andere Energie umgewandelt, wenn sich die Ladung durch den Strom bewegt - Licht, Wärme oder Strom für eine Komponente. Dies ist analog dazu, wie potentielle Energie eines fallenden Objekts in einem Gravitationsfeld in kinetische Energie umgewandelt wird.
Die Ladungsmenge, die sich über einen bestimmten Punkt hinaus bewegt, ist das Ampere. Dies ist eine Ratenmessung in Coulomb pro Sekunde.
Spannung und Ampere sind direkt proportional. Wenn Sie Spannung nehmen, die Joule pro Coulomb ist, und Ampere nehmen, was Columb / s ist, und Sie multiplizieren, erhalten Sie Joule / s. Dies bedeutet für mich intuitiv die Energiemenge, die einer Komponente in einem Stromkreis pro Sekunde zugeführt werden kann. Das ist Watt.
Meine Verwirrung ist, dass ich die Beziehung zwischen "Ladungsmenge" und "Ladungsenergie" nicht verstehe. Eine gängige Analogie, die hier verwendet wird, ist Wasser und Wasserdruck. Wenn ich einen mit Wasser gefüllten Tank habe und einen Schlauch am Boden befestige und X Druck ausübe, bewegt sich eine bestimmte Wassermenge (gemessenes Wasservolumen) mit einer Geschwindigkeit von an einem bestimmten Punkt im Schlauch vorbei Y. Wenn ich X erhöhe, bewegen sich die Wassermoleküle schneller durch den Schlauch, was bedeutet, dass sich numerisch mehr Wassermoleküle über den bestimmten Punkt hinaus bewegen, sodass Y (Durchflussvolumen / Sekunde) zunimmt. Mehr Druck bewirkt also, dass sich Wassermoleküle schneller bewegen, was bedeutet, dass mehr Wasser durch den Schlauch gelangt – dh mehr Wasservolumen pro Sekunde.
Bei Spannung und Ladungen soll die Spannung den Druck darstellen. Wenn ich die Spannung erhöhe, fließen zahlenmäßig mehr Elektronen – mehr Ladungseinheiten – durch den Stromkreis. Aber wegen was? Mit anderen Worten, meine Frage lautet:
Welche der folgenden ist korrekt?
Mehr Coulomb UND mehr Energie pro Coulomb : Wenn die Spannung steigt, steigt die Energiemenge pro Ladungseinheit. Dies bedeutet, dass jede Ladungseinheit "energiegeladener" ist und sich DARUM schneller durch den Stromkreis bewegt. Schnellere Ladungen bedeuten, dass sich MEHR Ladungen pro Sekunde durch den Stromkreis bewegen, und da jede Ladung MEHR Energie hat, gibt es an jedem Punkt im Stromkreis mehr Joule pro Sekunde (mehr Arbeit).
Mehr Coulomb, ABER gleiche Energie pro Coulomb : Wenn die Spannung ansteigt, fließen mehr Ladungseinheiten durch den Stromkreis. Aber jede Ladungseinheit hat immer noch die gleiche Energiemenge wie vor der Spannungserhöhung. Die Zunahme der potentiellen Energie wird über mehr Coulomb Ladung verteilt.
Gleiche Anzahl von Coulomb, ABER mehr Energie pro Coulomb : Wenn die Spannung ansteigt, bleibt die Anzahl der durch den Stromkreis fließenden Coulomb gleich, aber die Energie pro Coulomb nimmt zu.
Ich weiß, dass 3 wegen V = IR nicht wahr sein wird, aber ich möchte dies auf einer intuitiven Ebene verstehen. Entspricht die Erhöhung der Spannung einer Erhöhung der Energie pro Ladungseinheit oder hält eine Erhöhung der Spannung die Energie pro Ladung gleich, zwingt jedoch mehr Ladungen durch den Stromkreis zu fließen?
Elektrizität in einem Strom ist die Bewegung freier Elektronen durch ein leitfähiges Material.
Dies ist eine Art von Strom. Es sind aber auch positive Stromträger möglich. Batterien und viele Arten von Transistoren würden nicht funktionieren, wenn Elektronen die einzigen Stromträger wären.
Spannung und Ampere sind direkt proportional.
Dies gilt für ein Material mit linearem Widerstand. Zum Beispiel in einem Kupferdraht oder einem Widerstand.
In anderen Komponenten wird es eine andere Beziehung geben. Beispielsweise steigt der Strom in einer (Sperrschicht-) Diode exponentiell an, wenn die Spannung am Gerät ansteigt. In einem Transistor kann der Strom durch einen Zweig des Geräts von der Spannung an einem anderen Zweig des Geräts abhängen.
Welche der folgenden ist korrekt?
Auch hier hängt es davon ab, welche Art von Gerät Sie untersuchen.
Mehr Coulomb UND mehr Energie pro Coulomb:
Dies ist das Verhalten eines Widerstands. Wenn Sie die Spannung über dem Widerstand erhöhen, haben Sie per Definition die Energie pro Coulomb erhöht, die verloren geht, wenn Ladung durch das Gerät fließt. Und aufgrund der Art des Widerstands erhöhen Sie auch den Strom (durchfließende Ladungsrate).
Mehr Coulomb ABER gleiche Energie pro Coulomb:
Dies wäre das Verhalten einer Spannungsquelle, wenn Sie ihre Last ändern. Sie können den daraus gezogenen Strom erhöhen oder verringern, aber es wird immer (sofern es sich um eine ideale Spannungsquelle handelt) das gleiche Potenzial an seinen Anschlüssen erzeugen.
Gleiche Anzahl von Coulomb, ABER mehr Energie pro Coulomb
Dies ist das Verhalten einer Stromquelle. Sie können jedes gewünschte Potenzial darauf anwenden, und es wird immer (wiederum im Idealfall) den gleichen Strom erzeugen.
Jeremy Fischer
Elliot Alderson