ボルトとは正確には何ですか？そこで、4月に「電気」の章を勉強して、「ボルト」の概念を紹介しました。
概念がはっきりしなかったので、先生に質問したり、グーグルで検索して、いくつかのビデオを見てください。
誰も私に適切な答えを与えていないことに気づきました。誰もが、穴の開いた水筒の例えを示しています。サーキットはウォーターボトルだとは思いません。
スタック交換についてこの質問をしたくありませんでしたが、混乱しすぎて理解できませんでした。
正確にとはボルトですか？それはエネルギーですか？誰もがそれをそのように見せるために話しているからです電気の流れに影響を与える何かです。
何かとは正確に何であるかを尋ねる必要がありますか？
コメント
- たとえば、 Wikipediaの記事がわかりにくい場合はどうでしょうか？’は電位の単位です。
- 私の経験からすると、多くの人が同意すると思います。’何を把握するのは難しいです。電圧と呼ばれるものを持つことのポイントは、あなたがそのアイデアに不慣れなときです。つまり、私は以前、”なぜ人々はと言うのかと考えていました。 高電流の代わりに高電圧？”ボルトは、単位電荷あたりのエネルギーの差です。それが何であるかを理解する唯一の方法は、それに精通することです。より高いレベルの物理学を学ぶと、ボルトのアイデアは（劇的に聞こえるリスクがありますが）あなたの魂の一部になり、’それを実現することすらできません：）
- の重複の可能性誰かがオーム’の法則を直感的に説明してもらえますか？
- “誰も私に適切な答えを与えていないことに気づきました。” 試したことはありますか物理学の教科書？
- @JayJayつまり、’は、電圧のさまざまな値が何を意味するのかを感じるのに十分な時間、それを使って作業したことを意味します。 ‘ ‘が についての洞察を得たことを意味するものではありません。それを本当に理解する唯一の方法は、以下の答えで与えられた重力のアナロジーを理解することだと思います。
答え
重力に非常に類似しているので、それを見てみると役立つかもしれません。
$ X = gh $（地球の表面近く）の量を定義できます。ここで$ g $は重力による加速度、$ h $は表面からの高さです。その量から、直感的に理解するのは困難です。しかし、その高さでの物体の質量を掛けると、$ U = mgh $、エネルギーがわかります。したがって、$ X $はその時点でエネルギーになる可能性を表すと言えます。
同様に、量$ V $を定義できます。その量から直感的に理解するのは難しいです。しかし、その位置にある物体の電荷を掛けると、$ U = qV $、エネルギーがわかります。したがって、$ V $はポテンシャルを表すと言えます。 その時点でエネルギーになります。
注意すべき不幸なことが1つあります。 電位という言葉は、電位と電位エネルギーという2つの異なるが密接に関連する概念で使用されます。同様に、重力ポテンシャルと重力ポテンシャルエネルギーを持つことができます。私が始めたとき、これが私にいくらかの混乱を引き起こしたことを知っています。
これは「ボルトとは何ですか？」に対する直接の答えではないことを認識していますが、ボルトは抽象的な量です。私たちはそれをエネルギーの便利な代役と定義しています。それは多くの分析を単純化します。力や距離のような直接的な物理量ではありません。
コメント
- 類推するのではなく、位置エネルギーの定義を与えるだけではどうでしょうか。 ？電磁気学を他のものと比較することが、単に電磁気学を学ぶよりも簡単である可能性があることを私は理解していませんでした。
- @GennaroTedesco OPは電磁気学を学ぼうとしていて、従来の推論では不可能なことに到達したと思います。 ‘彼または彼女に説明しないでください。類推が役立つかもしれません。私はそれがすべての人を助けることはないことを容易に認めます’ OPは初心者です、’あなたや私と同じようには考えていません。
回答
$ \ mathbf {E}（\ mathbf {r}）$を電界とします。パス$ \ gamma $に沿った単一電荷$ q $でフィールドによって行われる作業は、定義上です。 、$$ W _ {\ gamma} = \ int _ {\ gamma} \ textrm {d} \ mathbf {r} \ cdot \ mathbf {E}（\ mathbf {r}）。$$フィールドによって行われる作業が、パス$ \ gamma $に依存せず、代わりにその境界のみに依存する場合、フィールドは保存的であり、境界で計算された関数の差として行われた関連作業を表します。 $$ W _ {\ gamma} = V（A）-V（B）= \ int _ {\ gamma} \ textrm {d} \ mathbf {r} \ cdot \ mathbf {E} _ {\ textrm {cons}}（ \ mathbf {r}）保存場$ \ mathbf {E} _ {\ textrm {cons}}（\ mathbf {r}）$の場合は$$。空間内の任意の点を歩く任意のパス$ \ gamma $に沿って上記を計算すると、電界の位置エネルギーと呼ばれる関数$ V（x）$が定義されます。
保存定数電界の特定のケースを考えてみましょう。したがって、パス$ \ gamma $に沿って行われる関連作業は、潜在的な$$ V（A）-V（B）= | \ textrm {E} | \、\ Deltarの差で表されます。 $$ 1ボルトの電位差を、モジュール1の上記のフィールドで行われた作業N / C $と呼び、1mの単一電荷を移動します。
回答
ボルトまたは電圧は、電子が別の点、通常は「グラウンド」と呼ばれるものと比較して持つ位置エネルギーの量です。電位が0ボルトであると定義されます。一部のデバイスでは、これは、抵抗（オームで測定）と呼ばれるものによって電流に関連付けられます。これは、デバイスの電流に対する電圧の比率です。具体的には、電圧は電荷のクーロンあたりのエネルギー量であるため、ボルトの寸法はクーロンあたりのジュールです。現実世界のアナロジーが必要な場合、私が使用するのが好きな1つのまともな（最良ではありませんが、まともな）比較は、パイプ内の水のアナロジーです。電流は文字通り、パイプを流れる水の量です。より多くの水は、より多くの水分子が流れることを意味します。これは、ワイヤーを流れる電気に似ています。一方、電圧は、落下する水という観点から考えることができます。高い滝から落下する水は、滝の底にある小さな岩の端など、落下する水よりも位置エネルギーが高くなります。ここでも、地面に対する電位を測定します。
つまり、ボルトはワイヤの「圧力」です。ボルトが多ければ多いほど、動きの可能性が高くなります。したがって、電流またはエネルギー移動の速度よりも電圧を上げると、より多くのエネルギーが同じワイヤーを通過するために増加します。
ボブには電圧コントローラーがあり、ボタンを強く押すほど、より多くのボルトが流れます。回路を通って電球に入る。最初、彼はそっと押し下げ、電球は薄暗く点灯します。最終的に彼はより強く押し、ワイヤーに多くのボルトがあるので、電流はより速く移動し、電球はより明るくなります。その後、彼は押すのをやめ、回路を通過するボルトがないので、圧力がなく、ライトが消えます。次に彼はハンマーでボタンを叩き、サーカスを通過するボルトが多すぎてワイヤーが過充電されます。巨大なウォーターポンプを小さなパイプに接続すると、水圧が高すぎるためにパイプが壊れます。
使用できる別の例え（これは実際には理にかなっています）
電圧（V）は、エネルギーが移動する可能性であり、水圧に相当します。電流（I）は流量であり、アンペアで測定されます。オーム（r）は抵抗の尺度であり、水道管のサイズに相当します。これらの3つの項は、「電流は電圧を抵抗で割ったものに等しい」という簡単な式で相互に関連しています。 I = V / rこのタンクの底にホースが接続された水タンクがあると想像してください。このタンク内の圧力を上げるとどうなりますか？ホースから流出する水の量も増加します。電圧を上げると同じことが言え、より多くの電流が流れます。より大きな直径のホースをこのタンクに接続するとどうなりますか？抵抗が低下したため、流量も増加します。電流を移動するときに太いゲージのワイヤを使用する場合も同様です。ワイヤーが大きいほど、ワイヤーに損傷を与えて流れる電流が大きくなります。
これが理にかなっていることを願っています。テストで頑張ってください;）
回答
定義上、ボルトは1クーロンあたりのジュールです：
$$ V \ equiv \ frac {J} {C} $$
これは、電位の定義、つまり回路またはシステムの単位電荷あたりの位置エネルギーの量から生じます。例えると、電位は電気に対してであり、高さ/距離（本質的に重力ポテンシャル）は重力に対してです。
電位差は、より一般的には電圧$ \ Delta V $として知られ、電流$ Iを決定します。ある程度の抵抗$ R $が与えられた回路の$。これはオームの法則として知られており、方程式$ \ Delta V = IR $で与えられます。
多くの人が「電気的圧力」だと言いますが、私は個人的にそのアナロジーが好きではありません。私は重力よりも類推を好みます。丘を転がるボールについて考えてみてください。なぜそれは丘を転がらないのですか？
ボールは位置エネルギーを最小化するために移動し、地球の保守的な重力によって加速されます。丘の底は地球の中心に最も近く、可能な限り低い高さであるため、重力が最も低くなります。
同様に、これは電荷にも当てはまります。最低のポテンシャルは、正電荷*の最小のポテンシャルエネルギーの場所であり、保守的なフィールド内の粒子は、最低のポテンシャルエネルギーの場所に移動します。その位置に、あなたはオームの法則に従って現在を持っています。
*負の電荷の場合、最低の位置エネルギーは最高の電位になります。電子は電位を増加する方向に移動します。
コメント
- “ボールは最低エネルギー状態になりたい” -うーん…
- @AlfredCentauri詳しく説明しますか？より多くのフィードバックを提供できる場合は、より正確にしたいと思います-” ugh ” isn ‘ t非常に役立ちます。代わりに、”ボールは、位置エネルギーを最小化するために、つまり最も安定している基底状態に向かって移動すると言うことができます。” ‘ “芸術的な”の使用は言うまでもなく、言い回しが難しい点です。擬人化。
- zhutchens1、本当に詳しく説明する必要がありますか？物理学の真面目な学生のレベルで、”なぜ[ボール]が丘を転がらないのか”本当に’ボールが’したくない’？あなたのコメントから、あなたはおそらく’そうは思わないでしょう。それに応じて行動してください。
- @AlfredCentauriありがとうございます。私は自分の答えをもう少し正確になるように編集しました。 “真面目な物理学の学生”は、電位とその単位の定義が基本的/基本的な知識であることに気付くと主張するかもしれませんが。
回答
ここに、正に帯電した粒子（黒色）と負に帯電した粒子（黒色）がたくさんあります。白色）：
ここで、点Aで負に帯電した粒子をドロップするとします。これは、左側のすべての正の電荷に引き付けられ、右側の負の電荷に反発されるため、左に移動しようとします。 （左側にも負の電荷がありますが、それはすべての正の電荷によってバランスが取れているだけではありません。）
その粒子を点Aから点Bに移動したいとします。そのすべての電気力を押し付ける必要があるため、その電荷をAからBに移動するにはある程度のエネルギーが必要です。
電圧ポイントAとBの間は、そのために必要なエネルギー量です。つまり、負の電荷をAからBに移動し、途中の電気力に打ち勝つために必要なエネルギー量です。
たとえば、電圧が3であるとします。これを表す1つの方法は、Aの電圧が1で、Bの電圧が4であるということです。または、Aの電圧が6で、 Bの電圧は9です。または、Aの電圧は$ -2 $で、Bの電圧は$ + 1 $です。ポイント$ A $に割り当てる完全に任意の番号を選択できます。ただし、その番号に3を加えたものをポイント$ B $に割り当てる限り、
では、（任意に）次のように言いましょう。 $ A $の電圧は$ 2 $で、$ B $の電圧は$ 5 $です。これも、1単位の電荷を$ A $から$ B $に移動するのに3単位のエネルギーが必要であることを意味します。
ここで、別のポイント$ C $があり、電荷の単位を$ A $から$ C $に移動するのに7単位のエネルギーが必要であると仮定します。つまり、$ A $から$ C $までの電圧は$ 7 $です。次に、ポイント$ A $で電圧を$ 2 $と呼ぶことにしたので、ポイント$ C $で$ 9 $と呼ぶ必要があります。
今：ユニットを動かすのにどれだけのエネルギーが必要ですか$ B $から$ C $に請求しますか？さて、$ B $に割り当てた数値— $ B $の電圧—は$ 5 $です。そして、$ C $の電圧は$ 9 $です。したがって、電荷の単位を$ B $から$ C $に移動するには、$ 9-5 = 4 $のエネルギー単位が必要になると予測します。そして、経験的に、この方法で予測を行うと、「常に正しい」ことがわかります。
要約すると、$ A $と$ B $の間の電圧は 単位電荷を$ A $から$ B $に移動するために必要なエネルギー。 $ A $の電圧は、任意の数値です— $ 2 $または$-と呼ぶことができます。 100 $または$ 3.14159 $。その数値を計算すると、$ B $または$ C $または$ D $の電圧から$ A $の電圧を引いたものが、単位電荷を$ Aから移動するために必要なエネルギーになります。 $から$ B $または$ C $または$ D $。そして—奇跡的に—このように番号を割り当てると、それらを使用して、単位電荷を$ B $から$ C $または$ B $から$ D $に移動するのに必要なエネルギー量を計算することもできます。または、違いをとるだけで、$ D $から$ C $になります。
回答
プレッシャーが気に入らない場合類推すると、この図は気に入らないと思います：誰かがオーム’の法則を直感的に説明してもらえますか？ 。しかし、一見の価値があります。
それを除けば、電圧$ V $（ボルトの単位$ \ mathrm V $）は、充電あたりのエネルギーです。つまり、クーロンあたりのジュール：
$$ \ mathrm {[V] = \ left [\ frac JC \ right]} $$
言い換えると、電圧は、回路内の1つのユニットあたりのポイントに蓄積されたエネルギー（潜在的な電気エネルギー、いわゆる）の量です。 。
回路内のあるポイントが別のポイントよりも多くのこのエネルギーを蓄積している場合、電荷は他のポイントに向かって移動します。電荷は常に可能な限り低いエネルギーの場所にありたいと思うでしょう。
- バネのように、伸ばされたときにエネルギーを蓄えることができ、伸ばされていない（最も低い）状態に戻ろうとします。 -エネルギー）形状。
そしてこれは人々が「水圧」のアナロジーを使用する理由です。2つの間のエネルギーの違いはポイントは、電荷をあるポイントから別のポイントに移動させるものです。あるポイントでより大きな「圧力」がかかっているかのように、別のポイントに「押し」ます。
より深く
その理由は、（同じ符号の）より多くの電荷が集められると、潜在的な電気エネルギーが「蓄積」されるためです。
- 1つの電子だけでは潜在的なエネルギーは発生しません。
- ただし、回路内の同じポイントに2つの電子を追加すると、互いに反発します。圧縮されたばねのように。放すと、互いに離れます。
この「蓄積されたエネルギー」は、それらが互いに反発しているという事実から生じます。 d回路内に反発が少ないスポットが近くにあるため、自然にそこに移動します。これにより、このシステムの位置エネルギーが削減されます。最低エネルギーの構成に到達することが、位置エネルギーシステムの目標である理由です。
つまり、すべての電圧はあるポイントでの充電あたりのエネルギーだけで、回路内の他のポイントと比較できるため、充電がそこに移動するかどうかがわかります。
コメント
- 電圧の概念は、回路の概念および回路を流れる電流とは無関係であることに注意してください。