Wheatstone-Brücke und Potentialdifferenz

R ersetzen$_3$mit einem Draht wird nur durch einen sehr kleinen Widerstand ersetzt. Drähte haben einen gewissen Widerstand, nur viel kleiner als ein normaler Widerstand. Für eine symmetrische Brücke ist V$_{BD} = 0$. So

$$I = V_{BD}/R_{wire} = 0$$

Wenn Sie die Drähte von der Batterie zur Wheatstone-Brücke als sehr kleine Widerstände betrachten würden, wäre R$_0$und R$_6$, würden Sie feststellen, dass der Gesamtwiderstand ist

$$R = R_0 + R_{bridge} + R_6 \approx R_{bridge}$$

Der Gesamtstrom wäre also ungefähr unverändert

$$I = V/R \approx V/R_{bridge}$$

Der Spannungsabfall an R$_0$und R$_6$wäre ungefähr$0$, aber nicht genau$0$.

$$V_0 = I R_0 \approx 0$$

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Es könnte hilfreich sein, sich einen analogen Satz von Rohren vorzustellen, durch die Wasser fließt.

Spannung ist wie Wasserdruck. Wasserdruck drückt Wasser durch Rohre. Eine Spannungsdifferenz drückt Elektronen durch Drähte.

Ein elektrischer Strom ist wie ein Wasserstrom. Ein Wasserstrom ist die Menge an fließendem Wasser pro Sekunde. Ein elektrischer Strom ist die Menge der fließenden Elektronen pro Sekunde.

Ein Widerstand ist wie Reibung in einem Rohr. Ein schmales Rohr hat mehr Reibung. Ein Widerstand behindert den Elektronenfluss.

In einer symmetrischen Brücke gibt es keine Spannungsdifferenz zwischen B und D. Nichts treibt Elektronen zum Fließen, selbst wenn ein niedriger Widerstand vorhanden ist. Genauso wie wenn der Wasserdruck gleich wäre, würde nichts das Wasser zum Fließen bringen.

Anders sieht es bei R aus$_0$und R$_6$. Die Batterie ist wie eine Hochdruckwasserquelle. Wasser fließt durch große, fette Rohre zur und von der Brücke. Es gibt nur sehr wenig, was den Fluss behindert, daher gibt es einen sehr geringen Druckunterschied zwischen den Enden dieser Rohre. Es fließt viel Wasser. Die Menge hängt davon ab, wie restriktiv die Rohre in der Brücke sind.

Danke an satan 29 und John Rennie für ein besseres Verständnis der bereitgestellten Frage.

Meine Erklärung ist wie folgt. Betrachten Sie die folgende Schaltung:

Nehmen wir an, dass der Widerstand des Drahtes ist$0$(hypothetische Situation), aber nicht von der Batterie. In diesem Fall fließt der Strom mit konstanter Geschwindigkeit durch den Draht.

Grund? Das liegt daran, dass gerade als wir den Stromkreis geschlossen haben, das elektrische Feld erzeugt wurde und die Ladung beginnt, sich so anzuordnen, dass die$\textbf{E}$Innenleiter ist$0$mit einer Beschleunigung von$e\textbf{E}/m$. Aber nach sehr sehr kurzer Zeit geht das elektrische Feld nach$0$innerhalb des Leiters und dieses Mal würde die Ladung nicht beschleunigt und sie würde sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegen. Wenn es in die Batterie eintritt, gewinnt es eV an Energie, aber dies ist nutzlos, da es aufgrund des Widerstands der Batterie verloren geht. Wir können also sagen, dass die Ladung trotz der Tatsache gleichmäßig wandert$\mathrm dV = 0$zwischen rot und gelb oder grün und gelb.

Falls$R$ist ungleich zu$0$die Situation ist die gleiche, aber diesmal kommt die Ladung durch Kollision mit Atomen (Widerstand) zur Ruhe. Aufgrund dieser$\bf E$Im Inneren wird der Dirigent gestört und beschleunigt erneut, um zu erzeugen$\bf E$so dass$\bf E$Innenleiter ist 0. Dies geschieht immer wieder so, dass sich die Ladung scheinbar mit konstanter Geschwindigkeit (Driftgeschwindigkeit) bewegt.

Nun zur Wheatstone Bridge:

In der obigen Schaltung wurde die Batterie angeschlossen und die Ladung begann sich wie oben erklärt zu bewegen, aufgrund des Drahtwiderstands ungleich Null. Die Potentialdifferenz zwischen dem Punkt$B$Und$D$Ist$0$, also bewegt sich die Ladung nicht zu$R_3$, auch wenn es ein$0$Widerstandsweg. Aber wie wir bereits gesehen haben, bewegt sich die Ladung mit konstanter Geschwindigkeit, wenn$\mathrm dV = 0$Und$R = 0$.

Warum passiert das hier nicht?

Denken Sie zunächst daran, dass der Strom nicht durchfließt$R_3$auch wenn wir setzen$0$Widerstand statt$R_3$. Der Grund ist folgender:

Wenn Sie das erste Beispiel lesen, ist die Antwort darin verborgen$\mathrm dV$War$0$drin$(R = 0)$. Wenn, nicht am Anfang, als die Batterie gerade angeschlossen wurde, sondern nach einer sehr kurzen Zeit, es beschleunigt wurde und es passierte, weil die Ladung begann, sich zu bewegen, als$\textbf{E}$angewendet wurde. Dabei$\mathbf{E}$Innenleiter wurde$0$und dann beschleunigte sich die Ladung nie. Ähnlich in dieser Frage die$\mathrm dV$zwischen$B$Und$D$Ist$0$von Anfang an. Dies liegt an der für die Wheatstone-Brücke erforderlichen Anordnung der Widerstände - wenn Elektronen im Brückendraht ruhen und nach dem Anschließen der Batterie aufgrund des Fehlens eines elektrischen Felds in diesem Bereich beschleunigen würden? Deshalb fließt trotz des Widerstands des Brückendrahts keine Ladung durch diesen Draht, da es keine Potentialdifferenz und damit keine Beschleunigung oder Geschwindigkeitsänderung gibt.