Che cosè esattamente un “ volt ”?

Esiste una stretta analogia con la gravità, forse sarà utile esaminarla.

Posso definire una quantità $ X = gh $ (vicino alla superficie della terra) dove $ g $ è laccelerazione dovuta alla gravità e $ h $ è laltezza sopra la superficie. È difficile dare un senso intuitivo a quella quantità. Ma se moltiplico per la massa di un oggetto a quellaltezza trovo $ U = mgh $, energia. Quindi potremmo dire che $ X $ rappresenta un potenziale per diventare energia a quel punto.

Allo stesso modo posso definire una quantità $ V $. È difficile dare un senso intuitivo a quella quantità. Ma se moltiplico per la carica di un oggetto in quella posizione trovo $ U = qV $, energia. Quindi potremmo dire che $ V $ rappresenta un potenziale per diventare energia a quel punto.

Cè una cosa sfortunata a cui prestare attenzione. La parola potenziale viene usata in due concetti diversi ma strettamente correlati: potenziale elettrico e energia potenziale elettrica . Allo stesso modo possiamo avere potenziale gravitazionale e energia potenziale gravitazionale . So che quando stavo iniziando questo mi ha causato un po di confusione.

Riconosco che questa non è una risposta diretta a “Che cosè un volt?”, Ma il volt è una quantità astratta. Lo definiamo come un comodo sostituto dellenergia; semplifica molte analisi. Non è una quantità direttamente fisica come la forza o la distanza.

Commenti

• Perché non dare semplicemente la definizione di energia potenziale invece di dare unanalogia ? Non ho mai capito come confrontare lelettromagnetismo con altre cose potrebbe essere più facile del semplice apprendimento dellelettromagnetismo.
• @GennaroTedesco Penso che lOP abbia cercato di imparare lelettromagnetismo e abbia raggiunto qualcosa che la linea di ragionamento convenzionale non fa ‘ t spiegare a lui o lei. Unanalogia potrebbe aiutare. Ammetto prontamente che ‘ non aiuterà tutti. LOP è un principiante e ‘ non la pensiamo allo stesso modo voi o io pensiamo.

Volt o tensione è la quantità di energia potenziale che gli elettroni hanno rispetto a un altro punto, di solito quella che viene chiamata “terra”, definito come avente un potenziale di 0 Volt. In alcuni dispositivi, questo è correlato alla corrente da quella che viene chiamata resistenza (misurata in ohm), che è il rapporto tra tensione e corrente in detto dispositivo. In particolare, la tensione è la quantità di energia per coulomb di carica, quindi i volt hanno la dimensione di Joule per Coulomb. Se vuoi unanalogia del mondo reale, un confronto decente (non il migliore, ma decente) che mi piace usare è lanalogia dellacqua nei tubi. La corrente è letteralmente solo la quantità di acqua che scorre attraverso il tubo. Più acqua significa più molecole dacqua che fluiscono, il che è analogo allelettricità che scorre attraverso un filo. La tensione, daltra parte, può essere pensata in termini di acqua che cade: lacqua che cade da una cascata alta ha più energia potenziale dellacqua che cade, diciamo, sul bordo di una piccola roccia alla base della cascata. Anche in questo caso misuriamo il potenziale relativo al terreno.

Quindi un volt è la “pressione” nel filo. Maggiore è il volt, maggiore è il potenziale di movimento. Quindi, se aumenti la tensione di qualcosa rispetto alla corrente o la velocità del movimento dellenergia aumenta perché più energia passa attraverso lo stesso filo.

Bob ha un controller di tensione e più forte preme il pulsante più volt scorrono attraverso il circuito nella lampadina. Allinizio preme delicatamente e la lampadina si accende debolmente. Alla fine preme più forte e poiché ci sono più volt nel filo, la corrente si muove più velocemente, quindi la lampadina diventa più luminosa. Quindi smette di premere e poiché non ci sono volt che attraversano il circuito, non cè pressione, la luce si spegne. Quindi sbatte il pulsante con un martello e così tanti volt vanno attraverso il circo che i cavi sono sovraccarichi. Ad esempio, se colleghi unenorme pompa dellacqua a un tubo minuscolo, il tubo si romperà perché la pressione dellacqua è troppo alta.

Unaltra analogia che potresti usare (questa in realtà ha senso)

La tensione (V) è il potenziale per lenergia di muoversi e è equivalente alla pressione dellacqua. La corrente (I) è una velocità di flusso e viene misurata in ampere. Ohm (r) è una misura della resistenza ed è equivalente alla dimensione del tubo dellacqua. Questi tre termini sono correlati tra loro con una semplice formula che legge, la corrente è uguale alla tensione divisa per la resistenza. I = V / r Immagina di avere un serbatoio dacqua con un tubo collegato al fondo di questo serbatoio .. Cosa succede se aumenti la pressione allinterno di questo serbatoio? Anche la quantità di acqua che fuoriesce dal tubo aumenterà. Lo stesso vale quando aumenti la tensione, più corrente fluirà. Cosa succede se colleghi un tubo di diametro maggiore a questo serbatoio? Anche la portata aumenterà perché la resistenza è diminuita. Lo stesso vale se si utilizza un filo di grosso calibro quando si sposta la corrente. Più grande è il filo, maggiore è la corrente che puoi attraversare danneggiando il filo.

Spero che questo abbia senso, buona fortuna per il test;)

Per definizione, un volt è un joule per coloumb:

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

Ciò deriva dalla definizione di potenziale elettrico: la quantità di energia potenziale per unità di carica in un circuito o sistema. Per fare unanalogia, il potenziale elettrico sta allelettricità come laltezza / distanza (essenzialmente il potenziale gravitazionale) sta alla gravità.

La differenza di potenziale elettrico, più comunemente nota come tensione $ \ Delta V $, determina la corrente $ I $ in un circuito dato una certa resistenza $ R $. Questa è nota come legge di Ohm ed è data dallequazione $ \ Delta V = IR $.

Molte persone dicono che è “pressione elettrica” ma personalmente non mi piace questa analogia. Preferisco lanalogia alla gravità. Pensa a una palla che rotola giù da una collina. Perché non rotola su per la collina?

La palla si muove per ridurre al minimo la sua energia potenziale, essendo accelerata dalla forza gravitazionale conservativa della Terra. Il fondo della collina è il più vicino al centro della Terra, laltezza più bassa possibile e quindi la gravità più bassa potenziale.

Allo stesso modo questo è vero per le cariche elettriche. Il potenziale elettrico più basso è la posizione della minima energia potenziale per le cariche positive * e le particelle in un campo conservativo si spostano nella posizione della minore energia potenziale. Durante lo spostamento a quella posizione, hai corrente conforme alla legge di Ohm.

* Per le cariche negative, lenergia potenziale più bassa corrisponde al potenziale elettrico più alto. Gli elettroni si muovono nella direzione del aumento potenziale elettrico.

Commenti

• ” La palla vuole essere nel suo stato di energia più bassa ” – ugh …
• @AlfredCentauri Ti interessa elaborare? Voglio essere più preciso se puoi fornire più feedback – ” ugh ” isn ‘ t molto utile. Potrei invece dire che la ” palla si muove per minimizzare la sua energia potenziale, cioè verso lo stato fondamentale, dove è più stabile. ” È ‘ un punto difficile da esprimere, per non parlare del mio uso ” artistico ” personificazione.
• zhutchens1, ho davvero bisogno di elaborare? È la migliore risposta, a livello di studiosi seri di fisica, alla domanda ” Perché [la palla] non rotola su per la collina ” davvero che ‘ la palla ‘ non vuole ‘? Dal tuo commento, vedo che probabilmente non ‘ la pensi così. Agisci in conformità con questo.
• @AlfredCentauri Grazie. Ho modificato la mia risposta per essere un po più precisa. Anche se potrei sostenere che uno ” serio studente di fisica ” troverà la definizione di potenziale elettrico e le sue unità come conoscenza di base / fondamentale .

Qui abbiamo un mucchio di particelle caricate positivamente (di colore nero) e particelle caricate negativamente ( colorato in bianco):

Supponiamo ora di far cadere una particella caricata negativamente nel punto A. Cercherà di spostarsi a sinistra, perché è attratta da tutte quelle cariche positive a sinistra e respinta dalle cariche negative a destra. (Cè anche una carica negativa a sinistra, ma è più che bilanciata da tutti gli aspetti positivi.)

Supponi di voler spostare quella particella dal punto A al punto B. Allora tu ” dovrai spingere contro tutta quella forza elettrica, quindi ci vorrà un po di energia per spostare quella carica da A a B.

La tensione tra i punti A e B è la quantità di energia di cui avrai bisogno per questo, ovvero la quantità di energia necessaria per spostare la tua carica negativa da A a B, superando le forze elettriche lungo il percorso.

Supponi che la tensione sia, diciamo, 3. Un modo per esprimere vale a dire che la tensione in A è 1 e la tensione in B è 4. Oppure puoi dire che la tensione in A è 6 e la tensione in B è 9. Oppure che la tensione in A è $ -2 $ e la tensione in B è $ + 1 $. Puoi scegliere un numero perfettamente arbitrario da assegnare al punto $ A $, purché assegni quel numero più 3 al punto $ B $.

Quindi andiamo avanti e diciamo (arbitrariamente) che il il voltaggio a $ A $ è $ 2 $ e il voltaggio a $ B $ è $ 5 $. Di nuovo, tutto ciò che intendiamo con questo è che sono necessarie 3 unità di energia per spostare ununità di carica da $ A $ a $ B $.

Supponiamo ora che ci sia un altro punto $ C $, e supponiamo che siano necessarie 7 unità di energia per spostare ununità di carica da $ A $ a $ C $. Cioè, la tensione da $ A $ a $ C $ è $ 7 $. Quindi, poiché abbiamo già deciso di chiamare il voltaggio $ 2 $ nel punto $ A $, dobbiamo chiamarlo $ 9 $ nel punto $ C $.

Ora: quanta energia ci vuole per spostare ununità di addebitare da $ B $ a $ C $? Bene, il numero che abbiamo assegnato a $ B $ — il voltaggio a $ B $ — è $ 5 $. E la tensione a $ C $ è di $ 9 $. Pertanto, prevediamo che occorreranno $ 9-5 = 4 $ unità di energia per spostare ununità di carica da $ B $ a $ C $. E risulta, empiricamente, che se fai previsioni in questo modo, hai sempre ragione.

Quindi, in sintesi: la tensione tra $ A $ e $ B $ è lenergia necessaria per spostare un addebito unitario da $ A $ a $ B $. Il voltaggio a $ A $ è qualsiasi numero che ti interessa recuperare — puoi chiamarlo $ 2 $ o $ – 100 $ o $ 3,14159 $. Una volta che hai creato quel numero, il voltaggio a $ B $ o $ C $ o $ D $, meno il voltaggio a $ A $, è lenergia necessaria per spostare una carica unitaria da $ A $ a $ B $ o $ C $ o $ D $.E — miracolosamente — una volta assegnati i numeri in questo modo, puoi anche usarli per capire quanta energia ci vuole per spostare una carica unitaria da $ B $ a $ C $ o da $ B $ a $ D $ o da $ D $ a $ C $, semplicemente prendendo le differenze.

Se non ti piace la pressione analogia, immagino che questa illustrazione non ti piacerà: Qualcuno potrebbe spiegarmi intuitivamente la legge di Ohm ‘? . Ma vale la pena provare.

A parte questo, la tensione $ V $ (con lunità di volt $ \ mathrm V $) è solo energia per carica; che significa Joule per Coulomb :

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

In altre parole, la tensione è la quantità di energia ( energia elettrica potenziale , come viene chiamata) immagazzinata in un punto del circuito per unità di carica .

Se un punto del circuito immagazzina più di questa energia di un altro, le cariche si sposteranno verso laltro punto. La carica vorrà sempre trovarsi in un punto con lenergia più bassa possibile.

• Proprio come una molla, che può immagazzinare energia quando è allungata, che proverà sempre a tornare ad essa senza tensione (la più -energia).

E questo è il motivo per cui le persone usano lanalogia della “pressione dellacqua”. Perché la differenza di energia tra due punti è ciò che fa muovere la carica da un punto allaltro – come se ci fosse una maggiore “pressione” su di loro in un punto “spingendoli” verso laltro punto.

Più in profondità

Il motivo è che lenergia elettrica potenziale viene “immagazzinata” quando vengono raccolte più cariche (dello stesso segno).

• Un elettrone da solo non causa energia potenziale,
• ma aggiungi due elettroni nello stesso punto del circuito, e si respingeranno a vicenda. Come una molla compressa. Se li lasci andare, si allontaneranno luno dallaltro .

Questa “energia immagazzinata” deriva dal fatto che si respingono a vicenda d avere punti vicini nel circuito da cui vengono respinti meno, quindi si sposteranno naturalmente lì. Ciò ridurrà lenergia potenziale di questo sistema: raggiungere una configurazione di energia più bassa è per questo motivo lobiettivo di qualsiasi sistema energetico potenziale.

Quindi, tutto sommato il volt è semplicemente lenergia per carica in un punto e può essere confrontata con altri punti del circuito in modo da sapere se la carica vuole spostarsi lì oppure no.

Commenti

• Si noti che il concetto di tensione è indipendente dal concetto di circuito e corrente che scorre attraverso un circuito.