Warum wird in Schaltplänen immer noch konventioneller Strom verwendet?

Ich bin ein Anfänger in der Elektronik und lerne alleine. Ich lese gerade dieses Buch "Elektronik für Dummies" und nachdem ich einige Seiten dieses Buches gelesen habe, habe ich eine Menge Fragen. Ich kenne mich mit konventionellem und elektronischem Strom aus, aber was ich nicht verstehe, ist, warum wir immer noch konventionellen Strom verwenden, um Schaltungen zu modellieren. Nehmen Sie zum Beispiel diese Schaltung, die im Buch gezeigt wurde

Stromfluss-Demonstration

Wie wir sehen können, wird in dieser Figur herkömmlicher Strom verwendet. In dem Buch heißt es, dass es keinen Unterschied macht, ob Sie konventionellen oder elektronischen Strom verwenden, das Ergebnis ist das gleiche. Hier sind einige meiner Fragen als Antwort darauf:

  1. Nehmen Sie an, dass eine Schaltung genau wie in dieser Abbildung modelliert aufgebaut wurde. Wenn wir den Schalter öffnen und diesen Stromkreis zu einem offenen Stromkreis machen, sollte die Glühbirne immer noch leuchten, da Elektronen vom Minuspol zur Glühbirne fließen und es keinen Schalter gibt, der die Elektronen daran hindert, die Glühbirne zu erreichen. Dies ist einer meiner Einwände dagegen Verwendung von herkömmlichem Strom in Modellierungsschaltungen.
  2. Nehmen wir nun an, dass anstelle dieses Schalters ein Widerstand und anstelle dieser Glühbirne eine LED vorhanden ist (ich bin mir sicher, dass ich irgendwo eine solche Schaltung gesehen habe). Ich kann annehmen, dass der Widerstand da ist, um zu verhindern, dass Hochspannung die LED erreicht, damit sie nicht braten würde, aber wieder unter der Annahme, dass wir eine Schaltung genau wie oben erklärt herstellen, würde die LED immer noch braten, weil der Strom zuerst die LED erreichen würde und dann der Widerstand. Warum also einen Widerstand in der Nähe des Pluspols platzieren, sollte er in der Nähe des Minuspols platziert werden, damit der Widerstand den Strom dimmt, bevor er die LED erreicht.

Es tut mir leid, wenn ich etwas Dummes oder Kindisches gefragt habe, aber das sind echte Fragen, die ich habe. Außerdem wäre es hilfreich, wenn Sie mir einige zusätzliche Ressourcen zum Erlernen von Elektronik zur Verfügung stellen würden. Danke :)

Ich bin mir nicht ganz sicher, ob ich Ihre Frage verstanden habe, aber wenn es hilft, verwenden fast alle unsere Formeln für Elektromagnetismus zusammen mit anderen weniger gebräuchlichen Konzepten Vorzeichenkonventionen von konventionellem Strom, nicht von elektronischem Strom (wenn der Begriff, den Sie für den Fluss verwendet haben). von Elektronen ist wahr; ich habe es noch nie zuvor gehört).
Aber warum tun sie das? Das war meine primäre Frage
@Muneeb Es ist historisch: Als Benjamin Franklin statische Elektrizität untersuchte, erklärte er, dass positive Ladungen in eine bestimmte Richtung fließen, aber später stellten wir fest, dass es sich tatsächlich um negative Ladungen handelte, die in die andere Richtung gingen. Es war nur so, dass er es nicht wissen konnte und daher die Terminologie prägte und die Konventionen auf eine Weise entschied, die wir heute als kontraintuitiv empfinden. Es gibt keine physikalische Bedeutung.
Wen kümmert es wirklich, „in welche Richtung die Elektronen fließen“? Soweit es mich betrifft; Viele Jahre lang wurde mir beigebracht, dass der Strom vom Positiven zum Negativen fließt, was seit meiner Geburt der Standard ist. Warum versuchen, etwas zu reparieren, das noch nie kaputt war?
Irl spielt keine Rolle, ob der Widerstand vor oder nach der LED ist. Benötigen Sie keine Plus / Minus-Unterscheidung, um diesen Teil zu fragen. Die Antwort ist, dass nicht viele Gebühren fließen. Es ist, als würde man fragen, warum das Quetschen eines Schlauchs am Ende auch den Wasserfluss am Anfang stoppt. Das macht Sinn? Denken Sie daran, dass Wasser funktionieren wird (wo Druckunterschiede den Fluss antreiben, genau wie die Spannung den Strom antreibt und Widerstände wie Crimps im Schlauch sind).

Antworten (3)

Gute grundlegende Fragen hier, die die üblichen Zweifel beschreiben, die Menschen in der Elektronik erreichen.

Warum verwenden wir immer noch konventionellen Strom, um Schaltungen zu modellieren?

Denken Sie daran: Negative Ladungen, die sich in eine Richtung bewegen, entsprechen positiven Ladungen, die sich in die andere Richtung bewegen.

Der Strompfeil repräsentiert einen positiven Ladungsfluss. Stets.

Du stehst am Anfang deines Elektronikstudiums und triffst im Moment nur auf eher einfache Schaltungen. Sie sehen also nur elektronischen Strom (also Elektronen als Ladungsträger). Aber es gibt noch viele andere mögliche Ladungsträger:

  • negative Elektronen in metallischen Leitern (Metalldrähte, übliche Schaltungen),
  • positive „Löcher“ in Halbleitern (PV-Solarmodule, Thermoelemente, Transistoren),
  • positive und negative Ionen im Gemisch in leitfähigen Flüssigkeiten oder Elektrolyten (Batterien, Brennstoffzellen, menschlicher Körper),
  • usw.

Alle diese Ladungsträger können in einem Stromkreis auftreten. Eine Mischung aus positiver Ladung, die sich an verschiedenen Stellen in die eine Richtung und negativ in die andere Richtung bewegt. Glücklicherweise entspricht eine negative Ladung, die sich in eine Richtung bewegt, immer einer positiven Bewegung in die andere Richtung - ein Elektron, das einen Fleck verlässt, hinterlässt diesen Fleck positiver als zuvor, was einer positiven Nettoladung entspricht. Aufgrund dieser Äquivalenz hat also jemand in der Vergangenheit beschlossen, alle Gespräche über Strom zu vereinfachen, und entschieden, dass wir immer dann, wenn wir über Strom sprechen, die Richtung meinen, in die sich eine positive Ladung bewegen würde .

Derselbe Konsens wurde auch für mehrere andere Themen erzielt, wie z. B. die Richtung des elektrischen Felds, die Richtung des magnetischen Felds usw.

  1. [...] Wenn wir den Schalter öffnen und diesen Stromkreis zu einem offenen Stromkreis machen, sollte die Glühbirne immer noch leuchten, da Elektronen vom Minuspol zur Glühbirne fließen und es keinen Schalter gibt, der die Elektronen daran hindert, die Glühbirne zu erreichen.

Das ist wahr - für eine sehr kurze Zeit. Wenn die Batterie (Spannungsquelle) eingeschaltet wird, bewegen sich Elektronen vom Minuspol und so weit wie möglich weg. Durch die Glühbirne, ja.

Doch bald erreicht das erste Elektron das Ende und kann nicht weiter. Immer mehr kommen an und sammeln sich dort an. Gleiche Ladungen stoßen sich bekanntlich ab, je mehr sich also dort ansammeln, desto mehr hindern sie weitere Elektronen am Eintreffen. Dies verlangsamt den Strom, bis er aufhört.

Aus diesem Grund kann in einem offenen Stromkreis kein Dauerstrom fließen. Strom kann kurzzeitig fließen, aber nicht mit konstanter Geschwindigkeit. Und der momentane Fluss am Anfang verursacht möglicherweise nicht genug Strom auf dem Glühfaden der Glühbirne, um ihn zum Glühen zu erhitzen.

  1. Nehmen wir nun an, dass anstelle dieses Schalters ein Widerstand und anstelle dieser Glühbirne eine LED vorhanden ist [..]. Ich kann annehmen, dass der Widerstand da ist, um zu verhindern, dass Hochspannung die LED erreicht, damit sie nicht braten würde, aber wieder unter der Annahme, dass wir eine Schaltung genau wie oben erklärt herstellen, würde die LED immer noch braten, weil der Strom zuerst die LED erreichen würde und dann der Widerstand.

Auch hier "braten" eine LED und eine Glühbirne bei einer zu hohen Temperatur (die Elektrode / das Filament schmilzt). Obwohl kurzzeitig ein großer Strom auftritt und als Ergebnis davon kurzzeitig eine große Leistung auftreten kann, wird nicht genug Energie übertragen, um die Filamente auf die Grenztemperatur aufzuheizen. Oder zumindest nicht lange genug, damit das Filament tatsächlich schmilzt.

Wenn Glühbirnen jedoch durchbrennen , geschieht dies normalerweise beim Einschalten aus genau diesem Grund mit kurzzeitig großen Strömen. Sie haben vielleicht schon einmal erlebt, dass Sie eine Lampe angeschaltet haben, nur um zu sehen, wie sie in einem großen Blitz aufleuchtet und sofort durchbrennt.

Warum also einen Widerstand in der Nähe des Pluspols platzieren, sollte er in der Nähe des Minuspols platziert werden, damit der Widerstand den Strom dimmt, bevor er die LED erreicht.

Es gibt keinen Unterschied zwischen der positiven und der negativen "Seite" des Stromkreises. Während sich Elektronen vom Minuspol wegbewegen und der oben gemachten Beschreibung folgen, bewegen sie sich auf ähnliche Weise zum Pluspol auf der anderen Seite . Denken Sie daran, dass Elektronen bereits vorher im Metalldraht vorhanden sind; sie werden nicht nur von der Batterie "ausgesandt". Also kann dort genau die gleiche Erklärung und Wirkung verwendet werden. In einer solchen Schaltung gibt es keinen "sicheren Bereich".

Der Stromkreis muss geschlossen sein, damit die Elektronen entlang der Drähte fließen können: Wenn Sie den Schalter offen lassen, fließt überhaupt kein Strom durch die Glühbirne, sodass sie nicht leuchtet.

Die Elektronen fließen zu dem Punkt, an dem das elektrostatische Potential höher ist: dieser Punkt ist der Pluspol der Batterie oder des Generators (was auch immer das ist). Wenn die beiden Pole der Batterie nicht verbunden sind, "sehen" die Elektronen den Punkt mit höherem Potential nicht, also bewegen sie sich nicht in diese Richtung; im Idealfall* fließen sie gar nicht und die Birne bleibt aus.

Sie könnten die gleiche Argumentation auf den zweiten Fall anwenden: Wenn der Strom entgegengesetzt zur Richtung der LED fließen würde (da der Strom je nach Ausrichtung nur in eine der beiden Richtungen fließen kann), können die Ladungen dies nicht passieren, so dass Sie in diesem Fall die LED durch einen offenen Schalter ersetzen können.

Daher können Sie sehen, dass die elektrischen Ladungen unabhängig davon, welche Konvention des Stroms Sie wählen, in keiner Weise entlang des Stromkreises fließen können.

* Der Idealfall, auf den ich mich beziehe, ist derjenige, bei dem der Pluspol getrennt ist und die Elektronen auf keinen Fall zwischen dem losen Ende des Drahtes und der Batterie durch die Luft "springen" können, um den Stromkreis zu schließen.

Entschuldigung, aber ich habe einen Ihrer Punkte nicht verstanden. Sie sagten, Elektronen fließen zu dem Punkt, an dem das Potential höher ist, aber liegt der Minuspol der Batterie nicht auf höherem Potential?
Wenn wir über das elektrostatische Potential sprechen (nicht über die potentielle Energie ), dann nein, der Minuspol hat ein niedrigeres Potential, wie der Name schon sagt. Aber wenn wir von der potentiellen Energie sprechen, dann müssen wir das Potential multipliziert mit der Ladung des Elektrons nehmen, das ist eine negative Größe: Daher finden wir, dass die Elektronen am negativen Pol eine höhere potentielle Energie haben. Die Elektronen fließen zu dem Punkt, an dem das Potential höher oder die potentielle Energie niedriger ist , aber das ist dasselbe.

Ich habe Probleme, die feinen Details Ihrer Frage zu verstehen, aber es gibt ein paar Punkte, die ich hervorheben möchte.

  1. Ein Stromkreis muss durchgehend sein, damit Strom fließen kann. Strom fließt nur, wenn ein durchgehender Pfad von einem Pol der Batterie zum anderen vorhanden ist. Wenn Sie den Schalter öffnen, fließt nirgendwo im Stromkreis Strom. Es fließt nicht von einem Pol der Batterie zur Lampe.

  2. Bei einfachen Schaltungen wie Ihrer ist der Strom an jedem Punkt der Schaltung identisch. Wenn Sie also irgendwo einen Widerstand einfügen, wird der Strom überall im Stromkreis reduziert.

  3. Egal, ob Sie konventionellen Strom oder echten Strom (negative Elektronen) betrachten, meine ersten beiden Punkte sind immer gültig. Daher spielt es keine Rolle, welche Art von Strom Sie verwenden.

Beachten Sie, dass bei komplizierteren Schaltungen mit mehreren Zweigen die Ströme in den Zweigen nicht unbedingt gleich sind.

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