Positiv vs. negativ, Leistung vs. Erde, Strömungsrichtung

(Dies kommt häufig vor; haben Sie andere Fragen zur Definition von Spannung überprüft?)

Der Schlüssel zum Verständnis von Strom ist, dass er in Schleifen fließt. Die Kraftübertragung ist wie ein Kettenantrieb beim Fahrrad. Es ist ablenkend, daran zu denken, dass es von einem der Terminals "kommt". Strom wird durch den Stromfluss an einem Punkt vorbei geliefert .

An Elektronen zu denken ist fast immer eine Ablenkung, es sei denn, Sie betrachten Halbleiter. Wie es der Zufall will, haben Sie Recht mit (3): Elektronen fließen von - nach +.

Die Antwort auf Ihre (1) ist "ja" und Ihre (2) ist "Frage macht keinen Sinn".

1) Stimmt es, dass Masse positiv und negativ sein kann, nur eine Frage der Präferenz und es gibt kein "immer"? Und wenn ja, ist negative Masse die beliebtere Präferenz?

Ground / GND ist nur ein Knoten in Ihrer Schaltung. Es ist weder negativ noch positiv. Es hängt davon ab, woran Sie es messen, denken Sie daran: Eine Spannung kann nur zwischen zwei Punkten bestehen .

Um dies klarer zu machen, zitiere ich eine Seite, die es meiner Meinung nach sehr gut erklärt:

Wie hoch ist meine Spannung?

Kann ein Objekt eine bestimmte Spannung haben? Nein Warum nicht? Nun, sagen Sie bitte, wie weit ich entfernt bin. Wie groß ist meine Distanz? Das ist eine lächerliche Frage, weil ich dir meine Distanz zu WAS nicht gesagt habe. Spannung ist ein bisschen wie Höhe; es ist eine Messung ZWISCHEN zwei Dingen. Meine Höhe beträgt 300 Fuß über dem Meeresspiegel, aber gleichzeitig ist meine Höhe auch 1 cm vom Boden entfernt (da ich nicht barfuß bin) und es sind auch 93 Millionen Meilen von der Sonne entfernt. Meine Spannung kann im Verhältnis zur Erde -250 Volt betragen, aber im Vergleich zum Mond kann sie auch Milliarden Volt betragen. Volt werden immer entlang der Flusslinien des elektrischen Feldes gemessen, daher wird die Spannung immer zwischen zwei geladenen Objekten gemessen. Wenn ich am negativen Ende meiner Taschenlampenbatterie beginne, kann ich dieses Ende "Null Volt" nennen, und daher muss das andere Ende positive 1,5 Volt sein. Wenn ich jedoch stattdessen am POSITIVEN Ende beginne, beträgt der positive Batterieanschluss stattdessen null Volt und der andere Anschluss negative 1,5 Volt. Oder wenn ich auf halbem Weg zwischen den Batterieklemmen beginne, dann ist eine Klemme -0,75 Volt und die andere Klemme +0,75 Volt. OK, was ist die WIRKLICHE Spannung am Pluspol der Batterie? Ist es tatsächlich null oder tatsächlich +1,5 oder sind es +0,75 Volt? Niemand kann es sagen. Der Pluspol der Batterie kann gleichzeitig mehrere Spannungen haben. Aber das ist keine große Sache, denn niemand kann Ihnen die Höhe der Batterie sagen! Wir können uns leicht den Abstand zwischen zwei Punkten vorstellen, und wir können uns auch die Spannung zwischen zwei Punkten vorstellen. Aber einzelne Objekte "haben" keine Höhe, und einzelne Objekte "haben" auch keine Spannung. dann ist stattdessen der positive Batterieanschluss null Volt und der andere Anschluss ist negativ 1,5 Volt. Oder wenn ich auf halbem Weg zwischen den Batterieklemmen beginne, dann ist eine Klemme -0,75 Volt und die andere Klemme +0,75 Volt. OK, was ist die WIRKLICHE Spannung am Pluspol der Batterie? Ist es tatsächlich null oder tatsächlich +1,5 oder sind es +0,75 Volt? Niemand kann es sagen. Der Pluspol der Batterie kann gleichzeitig mehrere Spannungen haben. Aber das ist keine große Sache, denn niemand kann Ihnen die Höhe der Batterie sagen! Wir können uns leicht den Abstand zwischen zwei Punkten vorstellen, und wir können uns auch die Spannung zwischen zwei Punkten vorstellen. Aber einzelne Objekte "haben" keine Höhe, und einzelne Objekte "haben" auch keine Spannung. dann ist stattdessen der positive Batterieanschluss null Volt und der andere Anschluss ist negativ 1,5 Volt. Oder wenn ich auf halbem Weg zwischen den Batterieklemmen beginne, dann ist eine Klemme -0,75 Volt und die andere Klemme +0,75 Volt. OK, was ist die WIRKLICHE Spannung am Pluspol der Batterie? Ist es tatsächlich null oder tatsächlich +1,5 oder sind es +0,75 Volt? Niemand kann es sagen. Der Pluspol der Batterie kann gleichzeitig mehrere Spannungen haben. Aber das ist keine große Sache, denn niemand kann Ihnen die Höhe der Batterie sagen! Wir können uns leicht den Abstand zwischen zwei Punkten vorstellen, und wir können uns auch die Spannung zwischen zwei Punkten vorstellen. Aber einzelne Objekte "haben" keine Höhe, und einzelne Objekte "haben" auch keine Spannung. Wenn ich auf halbem Weg zwischen den Batterieklemmen beginne, beträgt eine Klemme -0,75 Volt und die andere Klemme +0,75 Volt. OK, was ist die WIRKLICHE Spannung am Pluspol der Batterie? Ist es tatsächlich null oder tatsächlich +1,5 oder sind es +0,75 Volt? Niemand kann es sagen. Der Pluspol der Batterie kann gleichzeitig mehrere Spannungen haben. Aber das ist keine große Sache, denn niemand kann Ihnen die Höhe der Batterie sagen! Wir können uns leicht den Abstand zwischen zwei Punkten vorstellen, und wir können uns auch die Spannung zwischen zwei Punkten vorstellen. Aber einzelne Objekte "haben" keine Höhe, und einzelne Objekte "haben" auch keine Spannung. Wenn ich auf halbem Weg zwischen den Batterieklemmen beginne, beträgt eine Klemme -0,75 Volt und die andere Klemme +0,75 Volt. OK, was ist die WIRKLICHE Spannung am Pluspol der Batterie? Ist es tatsächlich null oder tatsächlich +1,5 oder sind es +0,75 Volt? Niemand kann es sagen. Der Pluspol der Batterie kann gleichzeitig mehrere Spannungen haben. Aber das ist keine große Sache, denn niemand kann Ihnen die Höhe der Batterie sagen! Wir können uns leicht den Abstand zwischen zwei Punkten vorstellen, und wir können uns auch die Spannung zwischen zwei Punkten vorstellen. Aber einzelne Objekte "haben" keine Höhe, und einzelne Objekte "haben" auch keine Spannung. oder eigentlich +1,5, oder sind es +,75 Volt? Niemand kann es sagen. Der Pluspol der Batterie kann gleichzeitig mehrere Spannungen haben. Aber das ist keine große Sache, denn niemand kann Ihnen die Höhe der Batterie sagen! Wir können uns leicht den Abstand zwischen zwei Punkten vorstellen, und wir können uns auch die Spannung zwischen zwei Punkten vorstellen. Aber einzelne Objekte "haben" keine Höhe, und einzelne Objekte "haben" auch keine Spannung. oder eigentlich +1,5, oder sind es +,75 Volt? Niemand kann es sagen. Der Pluspol der Batterie kann gleichzeitig mehrere Spannungen haben. Aber das ist keine große Sache, denn niemand kann Ihnen die Höhe der Batterie sagen! Wir können uns leicht den Abstand zwischen zwei Punkten vorstellen, und wir können uns auch die Spannung zwischen zwei Punkten vorstellen. Aber einzelne Objekte "haben" keine Höhe, und einzelne Objekte "haben" auch keine Spannung.

Quelle: http://amasci.com/miscon/voltage.html (unbedingt ansehen!)

Und zu Ihrer Information: Wenn Sie Dinge wie '+5V' oder '-5V' lesen, wird normalerweise auf GROUND verwiesen. +5 V wären also 5 V über dem GROUND-Knoten und -5 V wären 5 V unter dem GROUND-Knoten.

3) Fließen Elektronen in meinem Arduino von (-) (verbunden mit GND) nach (+) (verbunden mit 5 V) oder umgekehrt?

Die Elektronen bewegen sich von der negativeren Seite zur positiveren Seite: GND auf 5V. Dies wird als Elektronenfluss bezeichnet .

Der herkömmliche Stromfluss von Plus nach Minus wurde lange vor der Entdeckung des Elektrons standardisiert. Die Konvention wird immer noch verwendet und funktioniert für die meisten praktischen Theorien gut, aber wir denken daran, dass sich die Elektronen vom Negativen zum Positiven bewegen.

1) Stimmt es, dass Masse positiv und negativ sein kann, nur eine Frage der Präferenz und es gibt kein "immer"? Und wenn ja, ist negative Masse die beliebtere Präferenz?

Ja. Zum Beispiel waren die elektrischen Systeme von Autos früher positiv geerdet, berühmt beim VW Käfer vor 1969, aber jetzt ist der Standard negativ geerdet.

Sie können die Spannung ein bisschen wie Fußböden in einem Gebäude betrachten. In Europa sind wir uns einig, dass das Erdgeschoss 0 oder G ist, dass Stockwerke darüber positiv und Zahlen darunter negativ nummeriert sind. Sie haben nun die Möglichkeit, alles relativ zum Boden (die Stockwerksnummer) zu messen oder den Höhenunterschied zwischen zwei beliebigen Stockwerken (die Potential- oder Spannungsdifferenz) zu messen.

Im linken Bild oben steht unser Mann auf Etage 2 relativ zum Boden. Die elektrische Analogie ist, dass ein Punkt auf der Schaltung mit Masse / Erde verbunden ist und per Konvention null Volt beträgt und alle Spannungen (Höhen) relativ dazu gemessen werden.

Ein „alles oberirdisches“ Gebäude hat keine negativen Stockwerke. Ein Bunker oder eine Tiefgarage wird keine positiven Böden haben.

Wenn das Gebäude in den Weltraum gestartet wird, hat er keine Bodenreferenz und kann die Stockwerke beliebig nummerieren, einschließlich Stockwerk 0 an jedem beliebigen Punkt. Dies ist analog zu einem elektrisch isolierten Stromkreis ohne Masseverbindung, da wir jeden Punkt "Masse" nennen können.

2) Kommt die Energie von Ports wie 5V? Oder bedeutet die Bezeichnung 5V nicht, dass der Strom von dort kommt?

Gemäß der Konvention denken wir normalerweise an Strom, der von + nach - fließt, und an den Strom, der vom +-Anschluss des Netzteils kommt. Im Fall Ihres Mikrocontrollers verfügt er über einen integrierten 5-V-Spannungsregler, sodass die Stromversorgung von dort bezogen wird.

3) Fließen Elektronen in meinem Arduino von (-) (verbunden mit GND) nach (+) (verbunden mit 5 V) oder umgekehrt?

Per Konvention das Gegenteil. Um die schematische Lesbarkeit zu verbessern, zeichnen wir sie normalerweise mit einer positiven Stromschiene oben. Die Spannung nimmt ab, wenn wir durch den Schaltplan gehen.

Die folgenden Beispiele können ein wenig helfen.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Die drei obigen Schemata zeigen verschiedene Möglichkeiten zum Erstellen eines Puffervorverstärkers, beispielsweise für eine Gitarre. Typischerweise werden diese in einer Druckguss-Metallbox mit einer PP3 9-V-Batterie für die Stromversorgung eingebaut.

1) Die erste Konfiguration zeigt den Minuspol der Batterie, der mit Masse verbunden ist. (Da das Audiosignal positiv und negativ werden kann, müssen wir den Eingang des Operationsverstärkers mit den Widerständen am nicht invertierenden Eingang auf die halbe Versorgung vorspannen. Kondensatoren blockieren Gleichstrom am Ein- und Ausgang.)

2) Die Schaltung würde genau gleich funktionieren, wenn sie mit positiver Masse betrieben wird.

3) Eine dritte Möglichkeit ist die Verwendung einer dualen Versorgung. Hier sehen wir, dass wir alle DC-Bias-bezogenen Komponenten auf Kosten einer komplizierteren Stromversorgung eliminieren können.

Die wichtigen Punkte, die zu beachten sind, sind, dass wir den Boden an jedem beliebigen Punkt setzen können und wir alle Spannungswerte relativ zu diesem Punkt angeben.

Negative Masse ist am gebräuchlichsten und würde beispielsweise wiederum die Verwendung einer gemeinsamen 9-V-Stromversorgung für eine Reihe von Gitarreneffektpedalen ermöglichen.

Die kurze Antwort lautet: Ja, die 5-V-Quelle liefert Strom. Strom fließt, wenn ein Potentialunterschied besteht, z. B. 5 V und Masse 0 V. Strom fließt jedoch auch, wenn ein Punkt positiver ist als der andere. Nehmen wir an, ein Punkt hat 25 V und ein anderer 15 V, und Sie schließen einen Draht an die Punkte an, es fließt Strom, auch wenn einer NICHT GND ist. 0v. Es ist ein potenzieller Unterschied. Auch mit negativen Ladungen. Nehmen wir an, ein Punkt ist -25 V, der andere -15 V, haken Sie einen Draht ein und Strom fließt, weil -15 positiver als -25 ist.

Von welchem ​​Port in meinem Arduino kommt der Strom? der 5V-Anschluss oder der GND-Anschluss?

Leistung ist Spannung x Strom und Spannung ist die Spannung zwischen 5 V und GND/0 V. Strom fließt von 5 V nach 0 V (Elektronen fließen von 0 V nach positiv, aber das ist eine andere Geschichte) und Sie haben zwangsläufig Folgendes: -

• Die Spannung bezieht sich auf beide Ports
• Der Strom ist an beiden Anschlüssen gleich groß

Dies kann NUR bedeuten, dass Strom entsteht, weil beide Ports eine Spannung haben und einen Strom durch eine Last zwingen.

Masse wird in vielen Schaltplänen häufig als 0-V-Referenzpunkt verwendet: https://en.wikipedia.org/wiki/Ground_(electricity) .
Es ist nicht sinnvoll, die Masse in Ihrem Fall (Arduino) als positiv zu verwenden, deshalb ist sie hier negativ. Nun zu Frage 2 und 3 wurde das Konzept "elektrischer Strom fließt von + nach -" aus einigen Gründen per Konvention gewählt ( Siehe meine Antwort auf diese Frage: Fließt elektrischer Strom von positiv nach negativ oder von negativ nach positiv? ), aber in Wirklichkeit fließt er von - nach +. Nehmen Sie zum Beispiel einen kleinen Gleichstrommotor und schließen Sie eine Batterie daran an. Beachten Sie, dass es geht um sich in Richtung des Elektronenflusses zu drehen (was der tatsächliche Stromfluss ist), sodass Sie anhand der Art und Weise, wie Sie Ihre Batterie daran anschließen, vorhersagen können, in welche Richtung es sich bewegt, wenn Sie nach dem Stromfluss urteilen.

1) Masse ist standardmäßig 0, was weder positiv noch negativ ist.

Bei einem Einzelversorgungssystem kann die Masse negativer sein als der Versorgungsanschluss – zum Beispiel ein System mit GND und +5 V. Beachten Sie, dass wir uns in dieser Anweisung speziell auf Masse auf +5 V beziehen, was nicht der normalen Konvention entspricht. Sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, ist Masse die Referenz und Null.

Oder Masse kann positiver sein als der Versorgungsanschluss – zum Beispiel System mit GND und -5 V.

2,3) Ein Schaltungselement liefert Strom, wenn Strom extern von seinem positiven Anschluss zu seinem negativen Anschluss fließt. Das heißt, Elektronen fließen extern von seinem negativen Anschluss zu seinem positiven Anschluss.

Bei einem Arduino, der Strom verbraucht, ist der Strom- oder Elektronenfluss also entgegengesetzt zum obigen Absatz. Hier sind zwei Möglichkeiten, den Fluss zu beschreiben, der eine vollständige Schleife bildet: Elektronen fließen vom negativen Anschluss des Arduino intern zu seinem positiven Anschluss; Elektronen fließen von seinem positiven Anschluss nach außen zu seinem negativen Anschluss. (Übrigens ist es viel besser, bei der Schaltungsanalyse nur Strom statt Elektronenfluss zu denken, denn so wird einfach alles gemacht.)