Ist Spannung ein Delta? Kann es immer als Potentialdifferenz von einem Referenzpunkt behandelt werden?

Sie verwenden / messen immer die Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten.

Es gibt keinen absoluten Nullpunkt bei der Spannung (wie bei der Temperatur), obwohl es üblich ist, Erde als 0 V zu definieren. Dies ist nicht zwingend erforderlich, Sie können ein beliebiges Potential als Referenz verwenden.

Praktisch ist die Spannung ein Maß für eine Differenz zwischen zwei Punkten. Sie können nur so darüber nachdenken und ein sehr guter Ingenieur sein. Die Messung der Differenz zwischen zwei Punkten ist mit einem Voltmeter einfach, wie Sie zweifellos wissen. Das, was Sie messen, wird normalerweise als Spannung bezeichnet , aber besser als elektrische Potentialdifferenz .

Aber es gibt eine Sache, die in Volt gemessen werden kann, die nur an einem Punkt definiert ist, und das ist das elektrische Feldpotential . Um es zu verstehen, müssen Sie den Bereich der Ingenieurwissenschaften verlassen und in den Bereich der Physik eintreten (kein Wortspiel beabsichtigt).

Angenommen, Sie haben ein Elektron (negative Ladung) und ein Proton (positive Ladung). Natürlich ziehen sich diese beiden an, und (soweit ich das verstehe; ich bin kein Physiker!) Das ist es, was die Elektronen an ihren Atomkernen festhält.

Aber wenn Sie diese beiden auseinanderziehen können, erhalten Sie ein Feld zwischen ihnen. Du könntest es dir so vorstellen:

( Bildquelle )

Diese Linien stellen die Kraft dar (in unserem Fall die elektromotorische Kraft ), die eine Ladung erfahren würde, wenn sie in diesem Feld wäre. Das heißt, wenn Sie in diesem Bild eine unendlich kleine Ladung wären, würden Sie eine Kraft spüren, die Sie in die Richtung der Pfeile drückt. Sie können sich vorstellen, dass das Proton eine unsichtbare Flüssigkeit ausspeit und das Elektron sie einsaugt. Diese unsichtbare Flüssigkeit wirkt auf andere Ladungen wie Wind.

Hier ist eine andere Möglichkeit, dasselbe Feld zu visualisieren. Das Proton ist ein Berg und das Elektron ein Tal:

( Bildquelle )

Wenn Sie auf diesem Feld ein Ball sind, wird die Schwerkraft an Ihnen arbeiten und Sie werden bergab rollen. Außer, dass dies kein Gravitationsfeld ist, also besteht unser "Ball" aus "Ladung", nicht aus Masse. Wenn Sie diesem Bild eine Ladung hinzufügen, ändert sich das Feld natürlich. Dies gilt auch für Gravitationsfelder, außer dass die Erde so viel massiver ist als die Kugel, die Sie sich vorstellen, dass ihre Wirkung vernachlässigbar ist. Stellen Sie sich also vor, dass Ihr Ladungsball, der in diesem Feld herumrollt, unendlich klein ist.

Nun werden Sie eines an diesem Feld bemerken: Wenn wir es ins Unendliche ausdehnen, wird es flach. Das elektrische Feldpotential an diesem unendlich weit entfernten Ort ist$0V$, per Definition.

Wenn wir aus unendlicher Ferne eine Kugel auf den Berg legen wollen, müssen wir arbeiten . Wie viel? Nun, es hängt von zwei Dingen ab: wie hoch wir ihn schieben wollen und wie groß der Ball ist. Ein großer Ball erfordert mehr Arbeit. Es höher zu schieben, erfordert mehr Arbeit.

Eine Möglichkeit, Volt zu definieren, ist Joule (Energie, Arbeit) pro Coulomb (Ladung):

Sie können es sich also so vorstellen: Wenn Sie eine Ladungskugel hatten, die 1 Coulomb groß war, und Sie 1 Joule Arbeit geleistet haben, um sie bergauf zu schieben, sind Sie ein Volt hoch. Oder wenn Sie einen 1-Coulomb-Ladungsball haben und ihn bergab in das Elektron rollen lassen und ihn stoppen, nachdem 1 Joule Arbeit geleistet wurde, haben Sie -1 Volt. Wenn Ihr Ball 2 Coulomb groß war, wird die Arbeit verdoppelt, aber es ist immer noch nur 1 Volt.

Daher können Sie jeden Punkt in diesem Feld auswählen und sein elektrisches Potenzial erhalten. Es ist, wie viel Arbeit pro Ladungseinheit getan werden könnte oder getan wurde, um von unendlich weit dorthin zu gelangen. Bei unserer Berg- und Tal-Analogie ist das elektrische Potential analog zur Höhe.

Wenn Sie Ihre Sonden an zwei Punkten anbringen, stellen Sie sich die Frage:

Wenn ich eine 1 Coulomb große Ladungskugel zwischen diesen Punkten rollen lasse, wie viele Joule Arbeit werden daran verrichtet?

Natürlich können wir uns nicht unendlich weit von allen Ladungen im Universum entfernen, also können wir das elektrische Feldpotential nicht direkt mit einem Multimeter messen. Wir können nur die elektrische Potentialdifferenz messen. Aber wir können das elektrische Feldpotential berechnen, wenn wir wissen, wo sich die Ladungen in einem System befinden.

Da wir nicht unendlich weit von allen Ladungen im Universum entfernt sind, gibt es notwendigerweise überall ein elektrisches Feldpotential. Aber wir können nicht nur mit Potenzial arbeiten; Wir brauchen einen Unterschied . Sie können mit einem Ball auf einem Berg keine Arbeit verrichten, wenn Sie ihn nicht herunterrollen können.

Laut den ersten drei Sätzen im Wikipedia-Eintrag für Volt:

Ein einzelnes Volt ist definiert als die Differenz des elektrischen Potenzials über einem Draht, wenn ein elektrischer Strom von einem Ampere ein Watt Leistung verbraucht. Es ist auch gleich der Potentialdifferenz zwischen zwei parallelen, unendlichen Ebenen im Abstand von 1 Meter, die ein elektrisches Feld von 1 Newton pro Coulomb erzeugen. Darüber hinaus ist es die Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten, die ein Joule Energie pro Coulomb Ladung, die durch sie hindurchgeht, überträgt.

3 Sätze. 3 Mal wird das Wort "Unterschied" verwendet.

Genau richtig. Spannung ist ein Maß für die elektrische Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten.