Mikä on “ voltti ”?

Siellä on läheinen analogia painovoimaan, ehkä se auttaa katsomaan sitä.

Voin määritellä määrän $ X = gh $ (lähellä maan pintaa), jossa $ g $ on painovoimasta johtuva kiihtyvyys ja $ h $ on korkeus pinnan yläpuolella. Tästä määrästä on vaikea tehdä mitään intuitiivista järkeä. Mutta jos kerron objektin massalla kyseisellä korkeudella, löydän energiaa $ U = mgh $. Joten voimme sanoa, että $ X $ edustaa potentiaalia tulla energiaksi siinä vaiheessa.

Vastaavasti voin määrittää määrän $ V $. Tästä määrästä on vaikea tehdä mitään intuitiivista järkeä. Mutta jos kerron objektin varauksella siinä asennossa, löydän $ U = qV $, energiaa. Joten voimme sanoa, että $ V $ edustaa potentiaalia tulla energiaksi siinä vaiheessa.

On yksi valitettava asia, jota kannattaa varoa. Sana potentiaali käytetään kahdessa eri mutta läheisesti toisiinsa liittyvässä käsitteessä: sähköpotentiaali ja sähköpotentiaalienergia . Vastaavasti meillä voi olla gravitaatiopotentiaali ja gravitaatiopotentiaalienergia . Tiedän, että aloittaessani tämä aiheutti minulle hämmennystä.

Ymmärrän, että tämä ei ole suora vastaus ”Mikä on voltti?”, Mutta voltti on abstrakti määrä. Määritämme sen käteväksi energian valmiustilaksi; se yksinkertaistaa paljon analyysiä. Se ei ole suoraan fyysinen määrä, kuten voima tai etäisyys.

Kommentit

• Miksi ei vain antaa potentiaalienergian määritelmä analogian antamisen sijaan En ole koskaan ymmärtänyt, kuinka sähkömagnetismin vertaaminen muihin asioihin voisi olla helpompaa kuin pelkkä sähkömagneettisuuden oppiminen.
• @GennaroTedesco Luulen, että OP on yrittänyt oppia sähkömagneettisuutta ja on saavuttanut jotain, mitä tavanomainen päättely ei tarkoita. ’ älä selitä hänelle. Voi olla analogia. Myönnän helposti, että se ei auttanut kaikkia ’. OP on aloittelija. ja ei ’ ajattele samalla tavalla kuin sinäkin.

Voltit tai jännite on potentiaalienergian määrä, joka elektronilla on suhteessa toiseen pisteeseen, yleensä mitä maata kutsutaan ”maaksi”, joka on Joillakin laitteilla tämä liittyy virtaan niin sanotulla vastuksella (mitattuna ohmina), joka on mainitun laitteen jännitteen ja virran suhde. Tarkemmin sanottuna jännite on energiamäärä latauskulomia kohti, joten volttien mitat ovat joulea Coulombia kohti. Jos haluat tosielämän analogian, yksi kunnollinen (ei paras, mutta kunnollinen) vertailu, jota haluan käyttää, on analogia vedestä putkissa. Virta on kirjaimellisesti vain putken läpi virtaavan veden määrä. Enemmän vettä tarkoittaa enemmän virtaavia vesimolekyylejä, mikä on analogista langan läpi virtaavan sähkön kanssa. Jännitettä voidaan sen sijaan ajatella putoavan veden suhteen: korkealta vesiputoukselta putoavalle vedelle on enemmän potentiaalista energiaa kuin vedelle, joka putoaa esimerkiksi pienen kallion reunalle vesiputouksen pohjaan. Tässä taas mitataan potentiaalia suhteessa maahan.

Joten jännite on langan ”paine”. Mitä enemmän voltteja, sitä enemmän liikkumismahdollisuuksia. Joten jos lisäät jonkin jännitettä, energian liikkeen virta tai nopeus kasvaa, koska jokaisen energia kulkee saman langan läpi.

Bobilla on jännitesäädin ja mitä kovemmin hän painaa painiketta, sitä enemmän volttivirtaa piirin kautta hehkulamppuun. Aluksi hän painaa kevyesti alas ja polttimo syttyy himmeästi. Lopulta hän painaa kovemmin ja koska langassa on enemmän volttia, virta liikkuu nopeammin, joten lamppu kirkastuu. Sitten hän lopettaa painamisen ja koska kierrosluvun läpi ei mene volttia, paine ei ole, valo sammuu. Sitten hän lyö napin vasaralla ja niin monta volttia menee sirkuksen läpi, että johdot ovat liian suuria. Kuten jos kiinnität valtavan vesipumpun pieneen putkeen, putki rikkoutuu, koska veden paine on liian korkea.

Toinen analogia, jota voit käyttää (tällä on järkevää)

Jännite (V) on energian mahdollisuus liikkua ja vastaa veden painetta. Virta (I) on virtausnopeus ja mitataan ampeereina. Ohmit (r) on vastusmitta ja vastaa vesiputken kokoa. Nämä kolme termiä liittyvät toisiinsa yksinkertaisella kaavalla, joka lukee, virta on yhtä suuri kuin jännite jaettuna vastuksella. I = V / r Kuvittele, että sinulla on vesisäiliö, jonka letku on kytketty tämän säiliön pohjaan. Mitä tapahtuu, jos lisäät tämän säiliön sisällä olevaa painetta? Letkusta ulos virtaavan veden määrä kasvaa myös. Sama pätee, kun lisäät jännitettä, enemmän virtaa virtaa. Mitä tapahtuu, jos liität halkaisijaltaan suuremman letkun tähän säiliöön? Virtausnopeus kasvaa myös, koska vastus putosi. Sama pätee, jos käytät suurikokoista vaijeria virtaa siirrettäessä. Mitä suurempi johto, sitä enemmän virtaa voit liikkua sen läpi vahingoittamalla johtoa.

Toivon, että tällä on järkeä, onnea testissä;)

Määritelmän mukaan voltti on joule per kolo:

$$ V \ equiv \ frac {J} {C} $$

Tämä johtuu sähköpotentiaalin määritelmästä: potentiaalienergian määrä latausyksikköä kohti piirissä tai järjestelmässä. Analogisesti voidaan todeta, että sähköpotentiaali on sähköä, kun korkeus / etäisyys (pääasiassa painovoimapotentiaali) on painovoimaa.

Sähköpotentiaaliero, joka tunnetaan yleisemmin nimellä jännite $ \ Delta V $, määrittää nykyisen $ I $ piirissä, jolla on jonkin verran vastusta $ R $. Tätä kutsutaan Ohmin laiksi ja sen antaa yhtälö $ \ Delta V = IR $.

Monet ihmiset sanovat, että se on ”sähköinen paine”, mutta en pidä siitä henkilökohtaisesti. Pidän parempana analogiasta kuin painovoimasta. Ajattele palloa, joka vierii mäkeä alas. Miksi se ei rullaa mäkeä ylös?

Pallo liikkuu minimoidakseen potentiaalienergiansa, ja maapallon konservatiivinen painovoima kiihdyttää sitä. Mäkeen pohja on lähinnä maapallon keskustaa, alin mahdollinen korkeus ja siten alin painovoima

Vastaavasti tämä pätee sähkövarauksiin. Pienin sähköpotentiaali on minimaalisen potentiaalienergian sijainti positiivisille varauksille *, ja konservatiivisen kentän hiukkaset siirtyvät pienimmän potentiaalisen energian sijaintiin. tähän asemaan sinulla on virta Ohmin lain mukaisesti.

* Negatiivisten varausten tapauksessa pienin potentiaalienergia on suurimmalla sähköpotentiaalilla. Elektronit liikkuvat kasvavan sähköpotentiaalin suuntaan.

Kommentit

• ” Pallo haluaa olla pienimmässä energiatilassaan ” – ugh …
• @AlfredCentauri Haluatko tarkentaa? Haluan olla tarkempi, jos voit antaa enemmän palautetta – ” ugh ” isn ’ t erittäin hyödyllinen. Voisin sen sijaan sanoa, että ” pallo liikkuu minimoidakseen potentiaalisen energiansa eli kohti perustilaa, missä se on vakain. ” ’ on vaikeaa kohta kerrallaan, puhumattakaan ” taiteellisesta ” käytöstä persoonallisuus.
• zhutchens1, tarvitsenko todella tarkempia tietoja? Onko vakavien fysiikan opiskelijoiden tasolla paras vastaus kysymykseen ” Miksi se [pallo] ei rullaa mäkeä ylös ” todella, että ’ pallo ei halua ’ halua ’? Kommenttisi perusteella huomaan, että et luultavasti ajattele niin ’. Toimi sen mukaisesti.
• @AlfredCentauri Kiitos. Muokkasin vastaukseni hieman tarkemmaksi. Vaikka voisin väittää, että ” vakava fysiikan opiskelija ” löytää sähköpotentiaalin ja sen yksiköiden määritelmän olevan perustiedot / perustiedot .

Täällä on joukko positiivisesti varautuneita hiukkasia (värillisiä mustia) ja negatiivisesti varautuneita hiukkasia ( värillinen valkoinen):

Oletetaan, että pudotamme negatiivisesti varautuneen hiukkasen pisteeseen A. Se yrittää liikkua vasemmalle, koska kaikki ne vasemmanpuoleiset positiiviset varaukset houkuttelevat sitä ja oikealla puolella olevat negatiiviset varaukset hylkäävät sen. (Vasemmalla puolella on myös negatiivinen varaus, mutta se on enemmän kuin tasapainossa kaikkien positiivisten kanssa.)

Oletetaan, että haluat siirtää hiukkasen pisteestä A pisteeseen B. Sitten sinä ” meidän täytyy työntää kaikkea sitä sähkövoimaa vastaan , joten latauksen siirtäminen A: sta B: hen vie jonkin verran energiaa.

Jännite pisteiden A ja B välissä on tarvittava energiamäärä — eli energiamäärä, joka tarvitaan negatiivisen varauksen siirtämiseen A: sta B: hen ylittämällä matkan varrella olevat sähkövoimat.

Oletetaan, että jännite sattuu olemaan esimerkiksi 3. Yksi tapa ilmaista, että sanotaan, että jännite kohdassa A on 1 ja jännite kohdassa B on 4. Tai voit sanoa, että jännite kohdassa A on 6 ja tai että jännite kohdassa A on $ -2 $ ja jännite B: ssä on $ + 1 $. Voit valita täysin mielivaltaisen numeron, jonka haluat antaa pisteelle $ A $, kunhan määrität numeron plus 3 pisteen $ B $.

Joten anna mennä eteenpäin ja sanoa (mielivaltaisesti), että Jännite $ A $: lla on $ 2 $ ja jännite $ B $: lla on $ 5 $. Jälleen tällä tarkoitamme vain sitä, että yhden latausyksikön siirtäminen $ A $: sta $ B $: iin vie 3 energiayksikköä. / p>

Oletetaan, että on vielä toinen piste $ C $, ja oletetaan, että latausyksikön siirtäminen $ A $: sta $ C $: iin vie 7 energiayksikköä. Eli jännite välillä $ A $ – $ C $ on $ 7 $. Sitten koska olemme jo päättäneet kutsua jännitteeksi $ 2 $ pisteessä $ A $, meidän on kutsuttava sitä $ 9 $ pisteessä $ C $.

Nyt: Kuinka paljon energiaa tarvitaan yksikön siirtämiseen veloitetaan $ B $ – $ C $? No, numero, jonka annoimme $ B $ —: n jännitteelle $ B $ —, on $ 5 $. Ja jännite $ C $: lla on $ 9 $. Siksi ennustamme, että latausyksikön siirtäminen $ B $: sta $ C $: iin vie $ 9-5 = 4 $ energiayksikköä. Ja empiirisesti käy ilmi, että jos teet ennusteita tällä tavalla, olet aina oikeassa.

Joten yhteenvetona: Jännite välillä $ $ A $ ja $ B $ on energia, joka tarvitaan yksikkömaksun siirtämiseen $ A $: sta $ B $: iin. Jännite at $ A $ on mikä tahansa numero, jonka haluat korvata — voit kutsua sitä $ 2 $ tai $ – 100 $ tai 3,14159 $. Kun olet lisännyt kyseisen numeron, jännite $ B $ tai $ C $ tai $ D $, josta on vähennetty jännite $ A $, on energia, jota tarvitaan yksikön latauksen siirtämiseen $ A: sta. $ – $ B $ tai $ C $ tai $ D $.Ja — ihmeellisesti — kun annat numerot tällä tavalla, voit myös käyttää niitä selvittämään, kuinka paljon energiaa tarvitaan yksikköpanoksen siirtämiseen $ B $: sta $ C $: iin tai $ B $: sta $ D $: iin tai välillä $ D $ – $ C $, vain ottamalla eroja.

Jos et pidä paineesta analogisesti, et kai tykkää tästä kuvasta: Voisiko joku selittää intuitiivisesti minulle Ohm ’ lain? . Mutta kannattaa yrittää katsoa.

Sen lisäksi jännite $ V $ (voltin yksiköllä $ \ mathrm V $) on vain energiaa latausta kohti; eli Joulea Coulombia kohti :

$$ \ mathrm {[V] = \ vasen [\ frac JC \ right]} $$

Toisin sanoen jännite on energian määrä ( potentiaalinen sähköenergia , kuten sitä kutsutaan), joka on varastoitu piirin kohtaan yksikköä kohti latauksen .

Jos yksi piirin piste varastoi enemmän tätä energiaa kuin toinen, varaukset siirtyvät kohti toista pistettä. Lataus haluaa aina olla paikassa, jossa on mahdollisimman vähän energiaa.

• Aivan kuten jousi, joka voi varastoida energiaa venytettynä, joka yrittää aina palata siihen venyttämättömänä (pienin -energian muoto.

Ja tästä syystä ihmiset käyttävät ”vedenpaineen” analogiaa. Koska kahden energian ero pisteet on se, mikä saa varauksen siirtymään yhdestä pisteestä toiseen – ikään kuin niihin kohdistuu suurempi ”paine” yhdessä paikassa ”työntämällä” niitä toiseen pisteeseen.

Syvemmällä

Syynä on, että potentiaalinen sähköenergia ”varastoituu”, kun kerätään enemmän (saman merkin) varauksia.

• Yksi elektroni yksinään ei aiheuta potentiaalista energiaa,
• mutta lisää kaksi elektronia samaan piirin pisteeseen, ja ne hylkäävät toisiaan. Kuten puristettu jousi. Jos päästät heidät irti, he siirtyvät pois toisistaan .

Tämä ”varastoitu energia” syntyy siitä, että ne karkottavat toisiaan d: llä on lähellä olevia piirejä piirissä, josta heitä syrjäytetään vähemmän – joten he liikkuvat luonnollisesti sinne. Tämä vähentää tämän järjestelmän potentiaalienergiaa – pienimmän energian kokoonpanon saavuttaminen on tästä syystä tavoitteen kaikille potentiaalisille energiajärjestelmille.

Joten kaiken kaikkiaan voltti on yksinkertaisesti energia per lataus pisteessä, ja sitä voidaan verrata piirin muihin pisteisiin, jotta tiedämme, haluaako varaus siirtyä sinne vai ei.

Kommentit

• Huomaa, että jännitteen käsite on riippumaton piirin ja piirin läpi kulkevan virran käsitteestä.