Warum ist die elektrische Potentialdifferenz unabhängig vom Widerstand?

Laut Wikipedia ist die Definition der elektrischen Potentialdifferenz wie folgt:

Der Unterschied im elektrischen Potential zwischen zwei Punkten (dh Spannung) ist definiert als die Arbeit, die pro Ladungseinheit gegen ein statisches elektrisches Feld benötigt wird, um eine Testladung zwischen den zwei Punkten zu bewegen.

Stellen Sie sich eine einfache Schaltung vor, in der ein variabler Widerstand an eine 12-V-Batterie angeschlossen ist. Zwischen dem + und - Pol der Batterie entsteht ein elektrisches Feld. Die Differenz des elektrischen Potentials ist anscheinend konstant, wenn sie über den Widerstand unabhängig von seinem Widerstand gemessen wird.

Intuitiv würde ich sagen, dass die Arbeit, die eine Ladungseinheit benötigt, um einen mit Widerstand zu passieren A größer ist als bei einem Widerstand B Wo A > B . Dies impliziert, dass die Potentialdifferenz über dem Widerstand größer ist für A als für B . Warum liege ich falsch?

Antworten (2)

Sie verwechseln geleistete Arbeit mit benötigter Energie. Die verrichtete Arbeit ist gleich der Änderung der potentiellen und kinetischen Energie der Ladungen. Dies ist O abhängig vom Widerstand. Die aufgewendete Energie ist die Summe der Arbeit und der Wärmeverluste bei der gesamten Durchführung der Arbeit. Letztere hängen vom Widerstand ab.

Wir betrachten also nur die Arbeit, die die Kraft im elektrischen Feld verrichtet? Warum gibt es dann nur Arbeit (eine Spannung) an diesem Widerstand und nicht an einem anderen Abschnitt des Drahtes?
Weil wir der Meinung sind, dass der Draht ein idealer Leiter ist, mit 0 Widerstand und ohne elektrisches Feld im Inneren.
Aber wenn in einem Draht kein elektrisches Feld vorhanden ist, was bewirkt dann, dass die Elektronen innerhalb des Stromkreises fließen?
@my2cts Können Sie erklären, warum die Änderung der potentiellen/kinetischen Energie, wenn eine Ladungseinheit einen Widerstand passiert, für jeden Widerstand gleich ist?
@ Ruben23630 Die Arbeit hängt nur von der Differenz zwischen Anfangs- und Endenergie der Ladung ab, also nur von der Spannung.
Sie nehmen also einfach an, dass die Endladung 0 ist und die Ladung vor dem Durchgang des Widerstands 12 V beträgt.
@ Ruben23630 Ich gehe von einer idealen Batterie aus, die eine Spannungsdifferenz von 12 Volt über die Schaltung liefert. Aufgrund des Innenwiderstands variiert die Spannung an den Klemmen tatsächlich etwas, abhängig von diesem Innenwiderstand. Wenn dieser Innenwiderstand zu groß ist, ist die Batterie erschöpft.
Ich frage mich, warum sich die potentielle / kinetische Energie einer Ladungseinheit von 12 V ändert, bevor sie in den Widerstand eintritt, für jeden Widerstand auf 0 V. Es scheint, als ob Sie nur davon ausgehen, dass dies der Fall ist. Wenn ich Ihre Erklärung richtig verstehe, bewegt sich eine Ladungseinheit durch einen Widerstand und verliert dadurch potenzielle Energie, da sie sich einfach weiter im elektrischen Feld im Stromkreis befindet. (näher am + Pol) Warum geht diese potentielle Energie nur dann verloren, wenn eine Ladungseinheit einen Widerstand passiert und nicht in einem anderen Teil der Schaltung, zB einem Teil des Kabels?
@ Ruben23630 Dies liegt daran, dass die Ladungen im Leiter - fast - das Feld aufheben, sodass sie das Potenzial - fast - konstant machen. Somit erfolgt der Potentialabfall - fast - vollständig über den Widerstand.

Es gibt keine Gesamtänderung in KE des Elektrons, wenn es durch den Widerstand geht. Sowohl die durchschnittliche thermische Energie als auch die Driftgeschwindigkeit sind an beiden Enden des Widerstands (und überall im Widerstand) gleich. Die Elektronen bewegen sich nicht wie im Vakuum geradlinig durch den Widerstand. Ich nehme an, das ist eine Quelle der Verwirrung. Es kann sein, dass die Elektronen, die in den Widerstand eintreten, während Ihres Experiments nie herauskommen.

Das Potential und die potentielle Energie sind nur für das elektrische Feld definiert. Die Potentialdifferenz bezieht sich also nur auf die Arbeit, die das elektrische Feld leistet. Dies ist das konservative Feld und kann mit einem Potenzial in Verbindung gebracht werden. Die Arbeit anderer Kräfte (dissipativ) kann nicht durch eine potentielle Energie beschrieben werden.

Es gibt ein elektrisches Feld innerhalb des Leiters, wenn ein Strom durch ihn fließt. Das Nullfeld innerhalb von Leitern gilt nur für elektrostatische Situationen, solche ohne Strom, ohne Nettoladungsbewegung. Das Feld wird durch Oberflächenladungen erzeugt, die auf den Leitern aufgebaut werden, sobald der stationäre Zustand erreicht ist.

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