Wie kann man eine negative Spannung haben?

Das Einfachste, was Sie hier tun können, ist, sich daran zu erinnern, dass nur Unterschiede im Potenzial eine Rolle spielen, und das bedeutet, dass wir zu jeder Spannung in einem System eine Konstante addieren oder subtrahieren können, ohne ihr Verhalten zu ändern, sodass wir jede negative Zahl positiv machen können, damit Sie sich besser fühlen oder genauso einfach alle positiven zu negativen machen.

Kurz gesagt, es ist nur eine Zahl und Sie sollten sich nicht darüber ärgern, dass sie ein Zeichen hat.

Spannung ist eine Differenz der potentiellen Energie für elektrische Ladungen, und Potentiale werden aus Kräften definiert, so dass$F=-\nabla V$, Wo$V$ist das Potenzial und$F$ist die Kraft. Wenn Sie das Potenzial ermittelt haben$V$Sie können jetzt jede gewünschte Konstante oder Funktion hinzufügen$f$das hängt nicht von Koordinaten ab, weil$-\nabla V=-\nabla (V+f)$, als$f$hängt nicht von Koordinaten ab. Letzteres ist das, was als Setzen eines Ursprungs potentieller Energie bekannt ist, etwas, von dem Sie sicher schon gehört haben. Nun, in dieser Funktion$f$wo Sie Ihren Ursprung für Potentiale einstellen, können Sie negative Spannungen zwischen zwei Punkten haben.

Eine andere Möglichkeit, die Spannung zu sehen, ist die Arbeit, die Sie pro Ladungseinheit leisten müssen, um diese Ladung von einem Punkt zum anderen zu bewegen, selbst hier, wenn wir es mit Unterschieden zu tun haben, können Sie auch negative Spannungen haben.

Wenn Sie über Schaltungen sprechen, gilt alles oben Genannte, Sie können eine Potentialdifferenz einstellen$V$B. durch eine Batterie, dann können Sie ein Gerät verwenden, so dass die potenzielle Energie sogar niedriger ist als die durch das - Zeichen der Batterie festgelegte, da Sie den potenziellen Ursprung für diese Batterie auf 0 setzen, dann wird dieser Punkt haben eine negative Spannung.

Angenommen, Sie möchten die elektrische Potentialdifferenz r Meter von einem Elektron entfernt wissen, das sich in einem leeren Raum befindet. Wir werden diese Potentialdifferenz als bezeichnen$V_e$.

Die elektrische Potentialdifferenz beschreibt die Differenz der potentiellen Energie einer positiven Einheitsladung von einem Punkt im Raum zu einem anderen und die Arbeit, die an einer positiven Einheitsladung verrichtet wird, um sie vom selben Punkt zum anderen zu transportieren.

Dies ergibt die Gleichung:

$V_a$ist das endgültige Potenzial und$V_b$ist die Initiale. In diesem Szenario ist es konventionell zu machen$V_b$der Nullbezugspunkt bei$r = \infty$, was macht$r_b = \infty$Und$V_b = 0$. Daher wird die Gleichung:

Da wir die Potentialdifferenz eines Elektrons betrachten,$Q=-e$, Wo$e$gleich der Elementarladung. Die Gleichung lautet also in diesem Fall:

Diese Gleichung ergibt einen negativen Wert, egal wie weit die positive Testladung vom Elektron entfernt ist. Dies ist sinnvoll, da eine positive Punktladung an$r_b = \infty$verliert potenzielle Energie, wenn es zum Elektron (stromabwärts) gebracht wird, und es wird negative Arbeit verrichtet.

Wenn das Elektron durch ein Proton ersetzt wird, wird die Potentialdifferenz mit bezeichnet$V_p$, wird werden:

Wenn Sie ein Proton und ein Elektron haben, werden Sie einfach rechnen$V_e + V_p$, weil das elektrische Potential eine skalare Größe ist.

"negative" Spannung ist relativ! Potenzial ist Potenzial. Wenn ich zwei Batterien in Reihe geschaltet habe und Volt an dem Punkt messe, an dem sie verbunden sind, messe ich +V an einem Ende und -V am anderen. Dies ist eine grundlegende Elektronikfrage, und jetzt haben Sie eine grundlegende Antwort.