Wenn Spannung = Joule/Coulomb, wie können Sie dann Spannung ohne Strom haben?

Hinweis: Für die folgende Frage: Ich ignoriere exotische Umstände wie Supraleiter.

Mein Problem: Ich bin auf diese Frage gestoßen, die die Fähigkeit betrifft, eine Spannung ohne Strom zu haben. Strom ohne Spannung und Spannung ohne Strom? Die akzeptierte Antwort auf die obige Frage lautete wie folgt:

„Wenn Sie zum Beispiel eine einzelne Ladung haben, induziert diese Ladung eine Spannung im Raum, selbst wenn sie leer ist“.

Diese Aussage impliziert, dass bei einer Ladung ungleich Null (Coulombs) immer Spannung anliegt. Insgesamt besagt die obige Antwort im Wesentlichen, dass Sie innerhalb eines Systems Spannung, aber keinen Strom haben können. Außerdem habe ich viele Beiträge online gelesen, die auch besagen, dass Sie Spannung ohne Strom haben können. Im Folgenden liste ich zwei Gründe auf, warum ich denke, dass Sie Strom haben müssen, wenn Sie Spannung haben.

Grund 1: Die abgeleiteten SI-Einheiten der Spannung sind Joule/Coulmbs. Wir wissen auch, dass ein Joule die Arbeit ist, die von einer Kraft verrichtet wird, um eine Verschiebung an einem Objekt zu erzeugen. Die geleistete Arbeit (Joule) kann berechnet werden

J Ö u l e S = F ∗ C Ö S ( θ ) ∗ S
wobei F = Kraft, s = Verschiebung, θ = Winkel zwischen Kraft und Verschiebungsrichtung.

Anhand der SI-Einheiten können wir also im Grunde sehen, dass die Spannung einfach die Arbeit ist, die pro Coulomb (pro Ladung) geleistet wird. Die obige Aussage besagte, dass die Spannung im leeren Raum induziert würde, aber wie könnte im leeren Raum gearbeitet werden, wenn es im leeren Raum nichts zu bewegen (nichts zu verschieben) gibt?

Mein Punkt ist, wie Spannung ohne Stromfluss vorhanden sein kann, wenn die Definition von Spannung eine Verschiebung von Elektronen erfordert (pro Coulomb geleistete Arbeit). Um meinen Standpunkt zu beweisen, berechnen wir die Spannung eines ideal isolierten Isolators im freien Raum, wo er eine negative Nettoladung hat. Ich verwende das Beispiel eines idealen Isolators, damit sich die Elektronen im System nicht von einer Volantschale zur anderen bewegen können, daher kein möglicher Elektronenfluss. Wir wissen, dass aus der negativen Nettoladung eine elektrostatische Kraft erzeugt wird, aber da es keinen Ort gibt, an dem sich die Elektronen im System bewegen können, würde es keine Verschiebung geben. Da es keine Verschiebung gibt, wäre die geleistete Arbeit (Joule) Null (über die Gleichung zur Berechnung von Joule oben). Wenn wir also davon ausgehen, dass das System x Coulomb Nettoladung hat, dann könnten wir seine Spannung wie folgt berechnen:

v Ö l T A G e = F ∗ C Ö S ( θ ) ∗ 0 X C Ö u l Ö M B S = 0
Aber in dem Moment, in dem es auch nur die kleinste Verschiebung von Elektronen gibt, haben wir dann sowohl Spannung als auch Strom, da wir sowohl die Coulomb-Flussrate (Strom) als auch die pro Coulomb geleistete Arbeit (Spannung) haben würden.

Grund 2: (Dies würde nur für ohmsche Materialien gelten): Wenn wir einen Stromkreis mit konstantem Widerstand haben und kein Strom fließt, wie könnten Sie nach dem Ohmschen Gesetz eine Spannung ungleich Null haben?

v = ICH R
v = 0 R
v = 0

Zusammenfassung: Ich verstehe, wie man denken würde, dass Sie Spannung ohne Strom haben können, wenn Sie an Spannung als Wasserdruck denken. Mein Problem ist, dass diese Analogie meiner Meinung nach nicht funktioniert, wenn wir uns die Spannungseinheiten ansehen. In der Wasseranalogie für Elektrizität scheint der Wasserdruck eher Coulombs zu entsprechen, da eine Ladung eine elektrostatische Kraft hat, die sich durch den freien Raum ausbreitet, der unabhängig vom Elektronenfluss ist. Wo die Spannung durch ihre Einheiten von der Verschiebung abhängt, was bedeuten würde, dass die Spannung nur dann ungleich Null sein könnte, wenn ein Elektronenfluss vorhanden ist. Somit kann ein isoliertes, netto geladenes Objekt im freien Raum ohne Elektronenfluss (keine Verschiebung) keine Spannung ungleich Null haben.

Meine Frage: Ist es richtig, aus dem obigen Argument zu sagen, dass Sie keine Spannung ohne Strom haben können? (Wieder ohne Supraleiter)

Die Tiefe eines Wassergrabens ist die Entfernung, die eine Person fallen würde, wenn sie in den Wassergraben springt. Folgt daraus, dass der Wassergraben keine Tiefe hat, wenn keine Menschen in der Nähe sind?
@WillO Diese Abbildung ist also der Wasserdruckabbildung sehr ähnlich. Die Antwort auf Ihre Frage ist natürlich nein. Mein Punkt ist nicht, dass diese Arten von Illustrationen keinen Sinn ergeben, sondern diese Illustrationen (wie der Wasserdruck) demonstrieren das Konzept von Coulombs, nicht Volts. Da Volt von der Verschiebung abhängt, entspricht dies in Ihrer Abbildung Personen, die sich in den Wassergraben bewegen. Danke für den Kommentar!
@Cabbage Champion Zu Grund 2: Was ist, wenn der Widerstand des Materials sehr groß ist, R → ∞ ? Es gibt keine Möglichkeit zu bewerten 0 ⋅ ∞ . (Es ist nicht unbedingt 0 )
Die Spannung zwischen A und B ist die Arbeit, die pro Ladungseinheit zu verrichten ist (oder verrichtet werden würde), um eine positive Ladung von A nach B zu bewegen. Da diese Arbeit von der Ladungsmenge abhängt, die übertragen würde, ist die Abhängigkeit von der Menge kostenlos storniert. Beachten Sie, dass die Spannung zu erledigende Arbeit ist , nicht die zu erledigende Arbeit ; Selbst wenn die Ladung(en) nicht von A nach B übertragen werden (kein Strom), ist die Spannung zwischen A und B immer noch definiert.
Vergiss auch das Ohmsche Gesetz. Das Ohmsche Gesetz gilt für Leiter. Wenn also keine Spannung anliegt, fließt natürlich auch kein Strom und umgekehrt. Aber Spannung wird unabhängig von Strom und Widerstand definiert, genauso wie Strom unabhängig von Spannung und Widerstand definiert wird. Angenommen, ich setze ein einzelnes Proton (oder Elektron) in einen leeren Raum. Stellen Sie sich nun zwei Punkte irgendwo in der Nähe dieses Protons vor. Es muss eine gewisse Arbeit geleistet werden, um ein hypothetisches Proton zwischen diesen Punkten zu bewegen. Indem Sie diese Arbeit durch die Ladung der hypothetischen Ladung dividieren, erhalten Sie die Spannung zwischen diesen Punkten, und es ist kein Strom beteiligt.
Beispiel: eine Batterie oder ein Solarpanel oder ein Generator ohne angeschlossene Last. Am Gerät liegt Spannung an, aber kein Strom durch das Gerät. Du hast Spannung ohne Strom.

Antworten (2)

Ja es macht Sinn. Spannung ist ein Maß für das Potenzial. Wenn Sie sagen, dass es Einheiten von Joule pro Coulomb hat, bedeutet das nicht, dass Sie kein Potential ohne Ladung haben können. Es bedeutet einfach, dass, wenn eine Ladung bei diesem Potenzial vorhanden wäre, sie einen bestimmten PE besitzen würde. Denken Sie beispielsweise an die Dichte von Gold, die in Kilogramm pro Kubikmeter definiert ist. Können Sie sagen, dass die Dichte von Gold nicht als Wert existieren kann, wo es kein Gold gibt?

Ebenso definiert das Ohmsche Gesetz den Spannungsabfall, der auftritt, wenn ein bestimmter Strom durch einen bestimmten Widerstand fließt, oder umgekehrt den Strom, der fließt, wenn ein bestimmter Widerstand verwendet wird, um zwei Bereiche mit unterschiedlichem Potential zu verbinden, wobei die Potentialdifferenz V beträgt. Wenn Sie Verbinden Sie die beiden Regionen nicht, Sie erhalten keinen Strom, aber die Spannungsdifferenz bleibt.

Wenn Sie einen Nullstrom in das Ohmsche Gesetz einstecken, um V = 0R zu sagen, also V = 0, postulieren Sie entweder ein Szenario, in dem keine Spannung vorhanden ist (z. B. eine leere Batterie), oder in dem eine gewisse Spannung V, aber kein Strom vorhanden ist, da R ist unendlich.

Elektrisches Potential ist analog zum Gravitationspotential. Zwischen der Ober- und Unterseite einer Klippe der Höhe h besteht eine Gravitationspotentialdifferenz gh. Sein Wert kann in Joule/Kilogramm ausgedrückt werden. Das bedeutet einfach, dass, wenn Sie Z Kilogramm an der Spitze der Klippe haben, es einen PE von Zgh haben wird. Wenn die Masse Null ist, ist PE Null, aber das Potential bleibt gh.

Deutlicher wird dies, wenn man die beteiligten Einheiten betrachtet.

Die Spannung ist eine Aufwandsvariable , die auch ohne eine Durchflussvariable existieren kann . Dies ist der Leerlaufzustand , wie zum Beispiel, wenn Sie die Spannung einer Batterie mit einem hochohmigen Voltmeter messen (wobei der Strom – die Durchflussvariable – Null oder fast Null ist).

Sie sagen, die Spannung ist eine Aufwandsvariable, aber wenn die Verschiebung Null ist, ist die geleistete Arbeit nicht Null, also wäre die Spannung Null? (Joule/Coulomb) Verstehe ich die Einheiten falsch?
@CabbageChampion Das tust du. Schlüsselpunkt in der Definition: Sie legen eine "Testladung" in dieses Feld und es wirkt darauf ein. Spannung ist ein Maß für das elektrostatische Potential, wobei „Potential“ anzeigt, dass es arbeiten kann , aber nicht unbedingt getan hat. Ansonsten ist es so, als würde man nach einem Geräusch eines fallenden Baums fragen, wenn niemand in der Nähe ist, um es zu hören. Die Spannung sagt aus, was passiert, wenn Sie eine Ladung einlegen und das Feld beginnt, darauf einzuwirken . Was Sie fragen, wird auf der QED-Ebene komplizierter ("woher wissen Elektronen, wo sie Photonen emittieren müssen, damit sie absorbiert werden"?), Aber das ist eine ganz andere Dose Würmer.
Wenn Spannung = Joule/Coulomb, wie können Sie dann Spannung ohne Strom haben?
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