Was erzeugt Spannung? Was bewirkt, dass sich Elektronen in einem Draht bewegen?

Das kommt aus der klassischen Elektrodynamik, man muss dafür nicht in die Standardmodelltheorie oder Quantenelektrodynamik gehen. Die einfache Antwort ist, dass elektrische Potentiale wie elektrische Felder nur eine Möglichkeit sind, die Art und Weise zu charakterisieren, wie geladene Teilchen miteinander interagieren. Geladene Objekte erzeugen also eine Spannung, analog zu der Art und Weise, wie sie elektrische Felder erzeugen und miteinander interagieren.

Die Spannung kann als Maß für die potenzielle Energie pro Ladungseinheit angesehen werden. Dh wenn Sie eine bestimmte Menge an Ladung haben$q$(zB Wert 2 Coulomb) in einem elektrischen Feld$E$, und Sie lassen diese Ladung herumschieben, diese Ladung gewinnt Energie, wenn sie geschoben wird. Genauer gesagt, wenn es von Punkt a nach Punkt b geschoben wird und es eine Potentialdifferenz von gibt$\Delta V_{a->b}$zwischen diesen beiden Punkten, dann die Ladung$q$würde eine Energie gleich gewinnen$\Delta E=q\Delta V_{a->b}$.

Auf diese Weise ist eine Spannung zwischen zwei Punkten nur eine Möglichkeit, das elektrische Feld zwischen diesen beiden Punkten und die Menge an Energie zu beschreiben, die geladene Objekte aufgrund dieser Felder gewinnen, wenn sie sich zwischen diesen Punkten bewegen. Elektrische Felder werden einfach durch einen Ladungsaufbau irgendwo, zB an einem Kondensator, erzeugt. Die Spannung steht tatsächlich in direktem Zusammenhang mit dem elektrischen Feld über$E = \nabla V$Wo$\nabla$ist der Gradientenoperator. Auf diese Weise entstehen auch Spannungsunterschiede durch Aufladung.

Genauer gesagt, wenn Sie beispielsweise eine 12-V-Batterie sehen, bedeutet dies, dass die Batterie ein elektrisches Feld im gesamten Draht induziert, wenn Sie die Enden des Teigs beispielsweise über einen Kupferdraht verbinden, der Elektronen in eine Richtung entlang des Drahtes drückt Kabel. Die Elektronen erhalten eine Energie gleich$q_e \times 12 V$wenn Sie von einem Ende der Batterie zum anderen wechseln, wo$q_e$ist die Ladung dieses Elektrons. Die 12 V sind dann ein Maß dafür, wie viel Energie die Batterie jedem Elektron abgeben kann.

Der Strom ist einfach ein Maß für die Ladungsmenge, die während einer bestimmten Zeit durch einen bestimmten Bereich (normalerweise den Bereich eines Drahtes) fließt. Höherer Strom bedeutet, dass mehr Ladung durch den Querschnitt des Drahtes gedrückt wird.

Hoffe das hilft.

Sie haben die potenzielle Energie völlig missverstanden, wenn sich ein elektrisch geladenes Objekt in einem elektrischen Feld von einem Punkt zum anderen bewegt.

Energie ist hier nicht irgendeine Art von kinetischer Energie, die sie erwerben kann, sondern es ist die Energie, die erforderlich ist, um das geladene Objekt von einem Punkt zum anderen im elektrischen Feld zu schieben oder zu ziehen. Es hängt von der Eigenschaft der Ladung des Objekts ab, ob es sich um eine abstoßende oder anziehende Kraft auf das Objekt handelt. Das bedeutet, dass die vom elektronischen Feld erzeugte abstoßende oder anziehende Kraft die Aufgabe übernimmt, das Objekt von der ursprünglichen Position zu bewegen$i$zum endgültigen Standort f. Mit anderen Worten, bereitgestellte Energie = Arbeit, wobei die Energie hier die elektrische potentielle Energie im elektrischen Feld ist, die durch die Differenz der elektrischen potentiellen Spannung zwischen diesen beiden Punkten im elektrischen Feld erzeugt wird

Wo$U_f-U_i$ist die Änderung der elektrischen potentiellen Energie vom Anfangspunkt$i$, der Schlusspunkt$f$,$q$ist die Ladung des Objekts,$V_f -V_i$ist die Differenz der elektrischen Potentialspannung zwischen dem Anfangspunkt$i$und der Schlusspunkt$f$im elektrischen Feld.

Es wird keine kinetische oder potentielle Energie durch das bewegte geladene Objekt gewonnen, wie Sie es hier völlig grundlegend missverstanden haben. Die kinetische Energie ist hier Null, denn bevor das geladene Objekt durch die durch das elektrische Feld erzeugte elektrische Kraft bewegt wird, ist es stationär ($V_i= 0$) und stoppt am Endpunkt ($V_f=0$) was bedeutet, dass$V_i=V_f$oder$K_i = K_f= m(0)^2/2=0$oder$K_f-K_i = 0$

Die elektrische potentielle Energie, die durch die abstoßende oder anziehende Kraft bereitgestellt wird, die durch den Größenunterschied des elektrischen Felds an diesen zwei verschiedenen Punkten mit 2 unterschiedlichen Abständen von der Ladungsquelle, die hier das elektrische Feld aufgebaut hat, erzeugt wird, wird verwendet, um dies zu tun Arbeit, es vom Anfangspunkt zum Endpunkt zu bewegen

Das geladene Objekt kann nur elektrische potentielle Energie gewinnen, wenn eine externe oder angelegte Kraft es absichtlich von einem Ausgangspunkt entweder außerhalb des elektrischen Felds oder im elektrischen Feld zu einem anderen Ort bewegt, der näher oder näher an der Ladungsquelle liegt, die das elektrische Feld aufbaut. Es ist ähnlich wie bei einem Objekt, das sich in größerer Höhe befindet und eine größere potenzielle Gravitationsenergie hat, als wenn es sich in einer geringeren Höhe von der Erdoberfläche befindet. Der Unterschied hier ist, je näher Sie das geladene Objekt absichtlich an die Quelle derselben Ladung wie seine Ladung bewegen, desto mehr elektrische potentielle Energie erhält es, um sich über eine längere Strecke zu bewegen, wenn es von derselben Ladung der Ladungsquelle an der freigegeben und abgestoßen wird Standort näher an der Ladequelle, und das Reisen über eine längere Strecke bedeutet immer viel mehr Arbeit, um es zu bewegen,