Zweifel am Konzept der aktuellen Elektrizität

Kürzlich begann ich mit dem Konzept der Energie, die von einer Batterie bereitgestellt wird, indem Ladung von einem Punkt zum anderen in einem Draht bewegt wird. NCERT sagt das

"Wenn sich die Ladung kollisionsfrei im Leiter bewegen würde, entspricht die vom Feld geleistete Arbeit der Änderung der kinetischen Energie der Ladungen und beschleunigen sie daher in Richtung eines niedrigen Potentials".

Was ich in diesem Fall jetzt fühle, ist, wenn wir einen Nullwiderstand annehmen und Widerstand vorhanden wäre (durch Kollisionen mit schweren festen positiven Ionen), dann hat die Geschwindigkeit jeder Ladung thermodynamisch die gleiche Wahrscheinlichkeit, sich nach der Kollision in beide Richtungen zu ändern Wir sagen, dass die Elektronen aufgrund der Potentialdifferenz (konstant) als System mit "konstanter" Geschwindigkeit driften und daher die geleistete Arbeit dem Energieverlust bei Stößen entspricht. Aber warum nehmen wir dann PD=0 in einer Leitung, die annimmt R = 0 . Werden Elektronen hier nicht beschleunigen?

Lassen Sie den Titel die Frage ausdrücken. Ersetzen Sie PD=o durch TeX.

Antworten (3)

Widerstand hat für ein elektrisches Gerät eine ganz besondere Bedeutung. Es ist definiert durch

R = v ICH
Sie müssen berücksichtigen ICH ebenso gut wie v . Betrachten Sie ein Gerät mit einem sehr niedrigen Widerstand. Es steht uns frei, jedes pd, V , darüber zu setzen; der Strom wird in Übereinstimmung mit sein ICH = v / R . Dieses Argument wird gelten, egal wie niedrig wir es machen R . Die Gleichung erlegt keine Einschränkung auf, wie groß wir machen v und folglich wie groß ein ICH wir bekommen (wenn wir annehmen v so kurz anzulegen, dass wir das Gerät nicht zerstören, beschädigen oder verändern).

Die Behauptung, dass R = 0 impliziert, dass v = 0 basiert auf der unausgesprochenen Annahme, dass ICH bleibt endlich. Diese Annahme basiert auf dem Verhalten einer realen Stromversorgung, an die das Gerät angeschlossen ist.

So v = ICH R       wird       v = etwas Endliches × R .

So wie R nähert sich Null, v nähert sich Null.

Mein Buch sagt, dass, wenn R = 0 ist, die von der Batterie geleistete Arbeit der Änderung der kinetischen Energie der Ladungen entspricht, die sich durch den Draht oder Leiter ohne Widerstand bewegen. Gleichzeitig nehmen wir auch die von der Batterie geleistete Arbeit gleich Null, wenn R = 0 ist. Die beiden Aussagen widersprechen sich. Auch wenn die von der Batterie geleistete Arbeit gleich Null wäre, bedeutet dies, dass im Nullwiderstandsdraht kein elektrisches Feld vorhanden sein sollte. Wie ist dies möglich, da die Batterie ein elektrisches Feld aufrechterhält, indem sie Ladung an ihren Anschlüssen ansammelt?
Ich behaupte, wann R nähert sich Null, v gegen Null geht, also die von der Batterie pro Ladung verrichtete Arbeit, gegen Null geht. Ich sehe nicht, wie dies der Arbeit der Batterie widerspricht, die der Änderung von KE der Ladungen entspricht.

Aber warum nehmen wir dann PD=0 in einer Leitung, die annimmt R = 0 . Werden Elektronen hier nicht beschleunigen?

Sie würden im Draht beschleunigen beschleunigen, wenn kein anderer Widerstand in Reihe mit dem Draht wäre. Wenn ein Widerstand in Reihe mit dem Draht vorhanden ist, steuert dieser Widerstand den Strom und verhindert, dass die Elektronen beschleunigt werden. Da der widerstandslose Draht in Reihe mit dem Widerstand liegt, ist der Strom auch im Draht konstant.

Die Potentialdifferenz, v zwischen zwei Punkten ist definiert als die Arbeit pro Ladungseinheit, die erforderlich ist, um die Ladung zwischen den Punkten zu bewegen. Da keine Arbeit erforderlich ist, um die Ladung zwischen zwei beliebigen Punkten eines Drahtes mit Nullwiderstand zu bewegen, ist die Potentialdifferenz zwischen zwei beliebigen Punkten des Drahtes Null.

Eine mechanische Analogie mit Reibung könnte helfen.

Stellen Sie sich vor, Sie schieben eine Kiste mit konstanter Geschwindigkeit und konstanter Kraft über eine Distanz D auf einem Boden mit Reibung.

  1. Die Box ist analog zur elektrischen Ladung, Q bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit (analog zu konstantem Strom).

  2. Der Boden mit Reibung ist analog zum Widerstand

  3. Die Kraft, die Sie auf die Box ausüben, ist analog zu der Kraft, die durch das elektrische Feld ausgeübt wird. F = Q E

  4. Die Arbeit, die Sie tun, um die Kiste über die Distanz zu bewegen D ist analog zu der Arbeit, die durch das elektrische Feld geleistet wird, das die Ladung durch den Widerstand bewegt, W = Q E D .

  5. Die Arbeit, die Sie pro Masseeinheit leisten, ist die Entfernung D ist analog zu der Arbeit, die das Feld pro Ladungseinheit durch den Widerstand verrichtet, nämlich die Spannung v = W Q = E D .

  6. Die gleiche negative Arbeit, die durch kinetische Reibung geleistet wird, die Wärme im Boden abführt, ist analog zu der negativen Arbeit, die der Widerstand aufgrund von Kollisionen leistet. Die Stöße setzen die vom Feld bereitgestellte Energie als Widerstandsheizung ab.

Stellen Sie sich nun nach dem Schieben der Kiste die Entfernung vor D der Boden wird reibungsfrei. Dies ist analog zu der Begegnung mit dem Nullwiderstandsdraht in Reihe mit dem Widerstand. Sie (das elektrische Feld) müssen keine Arbeit mehr leisten, um die Kiste (Ladung) mit konstanter Geschwindigkeit (Konstantstrom) in Bewegung zu halten, da keine Reibung (Widerstand) mehr zu überwinden ist. Da keine Arbeit erforderlich ist, um die Ladung durch den Nullwiderstandsdraht zu bewegen, ist die Potentialdifferenz zwischen zwei beliebigen Punkten des Drahts Null.

Hoffe das hilft.

Mein Buch sagt, dass, wenn R = 0 ist, die von der Batterie geleistete Arbeit der Änderung der kinetischen Energie der Ladungen entspricht, die sich durch den Draht oder Leiter ohne Widerstand bewegen. Gleichzeitig nehmen wir auch die von der Batterie geleistete Arbeit gleich Null, wenn R = 0 ist. Die beiden Aussagen widersprechen sich. Auch wenn die von der Batterie geleistete Arbeit gleich Null wäre, bedeutet dies, dass im Nullwiderstandsdraht kein elektrisches Feld vorhanden sein sollte. Wie ist dies möglich, da die Batterie ein elektrisches Feld aufrechterhält, indem sie Ladung an ihren Anschlüssen ansammelt?
@PhysicsisLove "Mein Buch sagt, dass, wenn R = 0 ist, die von der Batterie geleistete Arbeit der Änderung der kinetischen Energie der Ladungen entspricht, die sich durch den Draht oder Leiter ohne Widerstand bewegen." Beziehen Sie sich auf die von Ihnen zitierte Aussage von NCERT?

Bei der Lösung eines Schaltungsproblems ist es eine bequeme Näherung, die Potentialdifferenz über einem Draht gleich Null zu nehmen, die davon ausgeht, dass der Widerstand des Drahts viel niedriger ist als andere Widerstände in der Schaltung. Wenn der Draht lang ist, muss sein Widerstand berücksichtigt werden.

Zweifel am Konzept der aktuellen Elektrizität
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v