Wie fließt Strom in diesem Pfad, wenn alle Punkte auf demselben Potential liegen?

Im wirklichen Leben liegen die Punkte nicht genau auf demselben Potential, da Drähte einen sehr kleinen Widerstand haben. In vielen Situationen ist es jedoch in Ordnung, den Draht als Nullwiderstand zu betrachten, was bedeutet, dass die Punkte A, B, C und D elektrisch dieselbe Spannung haben, weil sie derselbe Punkt sind . Genauer gesagt sind sie alle derselbe Knoten .

Wenn Sie möchten, können Sie den Fall in Betracht ziehen, dass die Drähte einen gewissen Widerstand haben, und dann die Grenze nehmen, wenn sich der Widerstand 0 nähert (wenn Sie mit dem Konzept der Grenzen vertraut sind). Nach dem Ohmschen Gesetz haben Sie$V = I\times R$, aber wenn R gleich 0 und V auch gleich 0 ist, haben Sie$0 = I \times 0$, die eigentlich unendlich viele Lösungen hat$I$, jeder Wert kann funktionieren.

In Bezug auf Ihre zweite Frage werden die 12 V idealerweise vollständig über die Glühbirne selbst abgeworfen. Die Spannung am oberen Anschluss der Glühlampe beträgt 12 V und die Spannung am unteren Anschluss 0 V.

Und für Ihre dritte Frage können Sie die Spannung entlang des Rückwegs relativ zu einem anderen Punkt auf dem Rückweg messen. Es wird sehr nahe an 0 V liegen, es sei denn, die Drähte sind im Verhältnis zu ihrem Widerstand lang genug. Sie müssten nur definieren, wo sich der Boden befindet. Zum Beispiel könntest du sagen „die Spannung an der niedrigen Seite der Glühbirne ist 0,03 V höher als die Spannung am Minuspol der Batterie“.

Hinzugefügt basierend auf Ihrer Frage in den Kommentaren:

In Bezug auf Ursache und Wirkung ist die Batteriespannung hier die einzige Stromquelle, also nehmen Sie diese 12 V an der Batterie als gegeben an. Alles andere passiert deswegen. Was auch immer zwischen den Batterieklemmen angeschlossen ist, hat 12 V und Strom fließt basierend auf dem Ohmschen Gesetz (für eine ohmsche Last wie diese). Ein möglicher Fehler in Ihrer Argumentation ist, dass Strom nicht wirklich fließen muss, damit eine Potenzialdifferenz besteht. Wenn Sie den Stromkreis irgendwo unterbrechen, liegt eine Differenz von 12 V über der Unterbrechung, obwohl kein Strom fließt. An der Glühlampe würden 0 V anliegen.

In dieser Schaltung gilt das Ohmsche Gesetz aufgrund der Materialeigenschaften der Elemente, vorausgesetzt, die Drähte sind niederwertige Widerstände und die Glühbirne ein hochwertiger Widerstand. Also V = IR, aber die Ursache-Wirkungs-Beziehung hier ist, dass Spannung Strom verursacht. Umgekehrt wäre es, wenn Sie anstelle einer Batterie- / Spannungsquelle eine Stromquelle hätten.

Abgesehen davon möchten sie jedoch, dass Sie bei einführenden Hausaufgaben normalerweise davon ausgehen, dass alle Drähte genau null Widerstand haben und ein einziger elektrischer Knoten sind. Diese Schaltung wäre die gleiche wie das direkte Anschließen der Glühbirne an die Batterie ohne Kabel.

Bearbeiten, um auf neuen Kommentar zu antworten:

Spannungen und Ströme hängen zusammen, sodass Sie sie voneinander berechnen können und das System in sich konsistent sein sollte. Was die Gleichungen Ihnen nicht sagen, sind Ursache und Wirkung, was Sie meiner Meinung nach verwirrt. Viele der Aussagen, die Sie gerade in Ihrem Kommentar gemacht haben, sind leicht falsch – nicht ganz falsch – aber gerade falsch genug, dass es kein Paradoxon ist. Ein Spannungsabfall ist genau dasselbe wie eine Potentialdifferenz, und es kann eine Spannungsdifferenz geben, ohne dass im Allgemeinen ein Strom fließt. Es gibt einen Spannungsabfall von 12 V über den Drähten + Glühlampe, weil die Batterie immer genau 12 V hat - das ist die ursprüngliche Ursache. Das Ohmsche Gesetz besagt dann, dass der Strom proportional zur Spannung fließt (die Proportionalitätskonstante wird als Widerstand bezeichnet). Das Ohmsche Gesetz sagt Ihnen nicht warumdies ist jedoch der Fall, nur dass es so ist. Wenn Sie bereit sind, das Ohmsche Gesetz als wahr anzunehmen (und bereit sind anzunehmen, dass die Batterie eine perfekte 12-V-Spannungsquelle ist), ist das Ergebnis, dass ein Strom von$I = \dfrac{12\text{ V}}{R_{wires} + R_{bulb}}$fließt durch die Drähte und die Glühbirne. Die Spannung über den Drähten kann wieder mit dem Ohmschen Gesetz als berechnet werden$V_{wires} = I \times R_{wires}$.

Das ist also alles in Ordnung, aber ich vermute, dass Sie wahrscheinlich immer noch verunsichert sind, das Ohmsche Gesetz ohne Erklärung als wahr akzeptieren zu müssen. Sie möchten die interne Funktionsweise des Drahtes verstehen und warum er dem Ohmschen Gesetz folgt. Ich bin wahrscheinlich nicht die richtige Person, um das zu beantworten, aber ich habe einige interessante Zitate aus einem Forumsbeitrag bei ResearchGate mit dem Titel "Gibt es kausale Beziehungen im Ohmschen Gesetz? Wenn ja, was ist die Ursache und was ist die Wirkung?" Hier ein paar Zitate von dort:

Abdelhalim Zekry :
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LASSEN Sie uns nun tiefer gehen und den Leitungsmechanismus in einem ohmschen Widerstand wie metallischen Drähten untersuchen. Beim Anlegen einer Spannung V an einen kreisförmigen Draht mit Querschnittsfläche A und Länge L wird im Draht ein elektrisches Feld E=V/L aufgebaut. Durch das elektrische Feld wird auf die freien Elektronen im Draht eine Kraft F entwickelt Dirigent. infolgedessen werden sie beschleunigt und aufgrund von Kräften, den Reibungskräften, wird ihre Geschwindigkeit einen stationären Wert erreichen. Diese sich bewegenden Elektronen mit stationärer Geschwindigkeit bilden den gemessenen Strom im Widerstand. Wir sehen, dass die Bewegung von Elektronen als Reaktion auf ein angelegtes elektrisches Feld der Bewegung von Massen in einem Reibungsmedium ähnelt.
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Jacques B. Sombrin :
Das Ohmsche Gesetz ist eine Annäherung an die Maxwell-Gleichungen, die unter der Annahme gilt, dass die Lichtgeschwindigkeit unendlich ist, sodass Strom im Widerstand und Spannung über dem Widerstand unabhängig von der Länge des Widerstands gleichzeitig auftreten. Ich glaube nicht, dass diese Annäherung verwendet werden kann, um kausale Zusammenhänge zu bestimmen.

Auf der Physics StackExchange-Website gibt es eine weitere potenziell nützliche Antwort: https://physics.stackexchange.com/a/195024/ , die zeigt, wie das Ohmsche Gesetz mit den Maxwell-Gleichungen zusammenhängt (glaube ich!).

Der größte Teil des Spannungsabfalls tritt entlang des Glühfadens der Glühlampe auf.

Wenn Sie am Filament messen würden, würden Sie feststellen, dass eine Seite 12 V hat, die andere 0 V und wenn Sie in der Mitte messen, werden Sie 6 V finden.

Ihre Annahme, dass die Punkte A, B, C und D alle 12 V haben, ist jedoch falsch. Drähte haben einen Widerstand (es sei denn, Sie arbeiten mit Supraleitern) und es gibt einen leichten Spannungsabfall über dem Draht. In einer gut ausgelegten Schaltung sollte es jedoch sehr klein sein, da überall dort, wo ein Spannungsabfall und ein Stromfluss auftreten, Energie durch Wärme verloren geht (gut im Filament, nutzlos in den Drähten). A könnte 11.999999 sein, B 11.999998, C 11.999997 und so weiter.

Zum Messen des 0V-Kabels ...

Um eine beliebige Spannung zu messen, müssen Sie eine Referenz auswählen . Es gibt keine richtige / falsche Wahl, aber um die Schaltung am besten zu verstehen, sollte sich Ihre Referenz in der Nähe des Batterieanschlusses befinden.

Wenn Sie das 0-V-Kabel an verschiedenen Punkten mit einem hochpräzisen Instrument (oder mit wirklich dünnen Drähten) messen, werden Sie feststellen, dass die Spannung ansteigt, wenn Sie weiter von der Batterie entfernt messen, ähnlich wie die Spannung des 12-V-Kabels abnimmt, wenn Sie sich weiter von der Batterie entfernen Batterie.

Strom fließt von - nach + (weil Elektrizität die Bewegung von Elektronen ist, die negativ sind) und fließt, wo immer er kann, ähnlich wie Druckluft / Wasser durch ein Netzwerk von Röhren fließt, wo immer es kann.