“ 볼트 ”가 정확히 무엇인가요?

중력에 가까운 비유가 있습니다. 아마도 그것을 살펴 보는 데 도움이 될 것입니다.

나는 $ X = gh $ (지구 표면 근처)의 양을 정의 할 수 있습니다. 여기서 $ g $는 중력으로 인한 가속도이고 $ h $는 표면 위의 높이입니다. 그 양을 직관적으로 이해하는 것은 어렵습니다. 하지만 그 높이에서 물체의 질량을 곱하면 $ U = mgh $, 에너지를 찾습니다. 따라서 $ X $는 그 시점에서 에너지가 될 잠재력 을 나타낸다고 말할 수 있습니다.

마찬가지로 $ V $ 수량을 정의 할 수 있습니다. 그 양을 직관적으로 이해하는 것은 어렵습니다.하지만 그 위치에있는 물체의 전하를 곱하면 $ U = qV $, 에너지를 찾습니다. 따라서 $ V $는 잠재 성을 나타낸다고 말할 수 있습니다. 그 시점에서 에너지가됩니다.

주의해야 할 한 가지 불행한 것이 있습니다. 전위 라는 단어는 서로 다르지만 밀접하게 관련된 두 개념, 즉 전위 와 전위 에너지 에서 사용됩니다. 마찬가지로 중력 잠재력 과 중력 잠재력 을 가질 수 있습니다. 제가 시작했을 때 이것이 약간의 혼란을 일으켰다는 것을 알고 있습니다.

이것은 “볼트가 무엇입니까?”에 대한 직접적인 대답이 아니라는 것을 알고 있지만 볼트는 추상적 인 양입니다. 우리는 그것을 에너지에 대한 편리한 대립으로 정의합니다. 많은 분석을 단순화합니다. 힘이나 거리와 같은 직접적인 물리적 양이 아닙니다.

댓글

• 비유를 제공하는 대신 위치 에너지의 정의를 제공하지 않는 이유 ? 나는 전자기학을 다른 것들과 비교하는 것이 단순히 전자기학을 배우는 것보다 더 쉬울 수 있다는 것을 결코 이해하지 못했습니다.
• @GennaroTedesco OP는 전자기학을 배우려고 노력했으며 기존의 추론 라인이 제공하지 못하는 것에 도달했다고 생각합니다. ‘ 그 또는 그녀에게 설명하지 않습니다. 비유가 도움이 될 수 있습니다. 나는 그것이 모든 사람을 도울 수 없다는 것을 기꺼이 인정합니다. ‘ OP는 초보자입니다. , ‘ 당신이나 제 생각과 같은 방식으로 생각하지 않습니다.

$ \ mathbf {E} (\ mathbf {r}) $를 전기장이라고합시다 : $ \ gamma $ 경로를 따라 $ q $ 단일 전하로 필드가 수행하는 작업은 정의에 따라 , $$ W _ {\ gamma} = \ int _ {\ gamma} \ textrm {d} \ mathbf {r} \ cdot \ mathbf {E} (\ mathbf {r}).$$ 필드에서 수행 한 작업이 $ \ gamma $ 경로에 의존하지 않고 대신 경계에만 의존하는 경우, 필드가 보수적이라고 말하고 경계에서 계산 된 함수의 차이로 수행 된 관련 작업을 표현합니다. $$ W _ {\ gamma} = V (A)-V (B) = \ int _ {\ gamma} \ textrm {d} \ mathbf {r} \ cdot \ mathbf {E} _ {\ textrm {cons}} ( \ mathbf {r}) $$ : 보수적 인 필드 $ \ mathbf {E} _ {\ textrm {cons}} (\ mathbf {r}) $. 공간 1의 임의 지점을 따라 걷는 $ \ gamma $ 경로를 따라 위를 계산하면 필드의 위치 에너지라고하는 $ V (x) $ 함수가 정의 됩니다.

보수적 상수 전기장의 특별한 경우를 살펴 보겠습니다. 따라서 $ \ gamma $ 경로를 따라 수행 된 관련 작업은 잠재적 인 $$ V (A)-V (B) = | \ textrm {E} | \, \ Delta r의 차이로 표현됩니다. $$ 우리는 1m의 단일 전하를 이동하기 위해 모듈 1의 위 필드에서 수행 한 작업을 1V의 전위차라고 부릅니다.

볼트 또는 전압은 전자가 다른 지점에 대해 갖는 위치 에너지의 양입니다. 일반적으로 “접지”라고합니다. 0 볼트의 전위를 갖는 것으로 정의됩니다. 일부 장치에서 이것은 “저항 (옴 단위로 측정 됨)”이라고 불리는 것에 의해 전류와 관련되며, 이는 해당 장치의 전압 대 전류의 비율입니다. 특히 전압은 전하의 쿨롱 당 에너지의 양이므로 볼트는 쿨롱 당 줄의 치수를가집니다. 실제 비유를 원하신다면, 제가 사용하고 싶은 괜찮은 (최고는 아니지만 괜찮은) 비교는 파이프 안의 물에 대한 비유입니다. 전류는 말 그대로 파이프를 통해 흐르는 물의 양입니다. 더 많은 물은 더 많은 물 분자가 흐르는 것을 의미하며, 이는 전선을 통해 흐르는 전기와 유사합니다. 반면에 전압은 떨어지는 물의 관점에서 생각할 수 있습니다. 높은 폭포에서 떨어지는 물은 폭포 바닥에있는 작은 바위의 가장자리에 떨어지는 물보다 더 많은 위치 에너지를 가지고 있습니다. 여기서 다시지면을 기준으로 전위를 측정합니다.

따라서 볼트는 전선에서 “압력”입니다. 볼트가 많을수록 움직일 가능성이 높아집니다. 따라서 전류보다 전압을 높이면 더 많은 에너지가 동일한 와이어를 통과하기 때문에 에너지 이동 속도가 증가합니다.

밥은 전압 컨트롤러를 가지고 있으며 버튼을 세게 누를수록 더 많은 전압이 흐릅니다. 회로를 통해 전구로. 처음에는 부드럽게 아래로 누르면 전구가 어둡게 켜집니다. 결국 그는 더 세게 누르고 전선에 더 많은 볼트가 있기 때문에 전류가 더 빨리 이동하여 전구가 더 밝아집니다. 그런 다음 그는 누르는 것을 멈추고 회로를 통과하는 전압이 없기 때문에 압력이없고 빛이 꺼집니다. 그런 다음 망치로 버튼을 두드리면 너무 많은 볼트가 서커스를 통과하여 전선이 과충전됩니다. 거대한 물 펌프를 작은 파이프에 연결하면 수압이 너무 높아 파이프가 끊어집니다.

사용할 수있는 또 다른 비유 (실제로 이치에 맞습니다)

전압 (V)은 에너지가 움직일 수있는 잠재력입니다. 수압과 동일합니다. 전류 (I)는 유량이며 암페어로 측정됩니다. 옴 (r)은 저항의 척도이며 수도관 크기와 동일합니다. 이 세 가지 용어는 간단한 공식으로 서로 관련이 있습니다. 전류는 전압을 저항으로 나눈 값과 같습니다. I = V / r이 탱크 바닥에 호스가 연결된 물 탱크가 있다고 상상해보십시오.이 탱크 내부의 압력을 높이면 어떻게됩니까? 호스에서 나오는 물의 양도 증가합니다. 전압을 높이면 더 많은 전류가 흐르게됩니다. 이 탱크에 더 큰 직경의 호스를 연결하면 어떻게됩니까? 저항이 떨어지기 때문에 유량도 증가합니다. 전류를 이동할 때 큰 게이지 와이어를 사용하는 경우에도 마찬가지입니다. 전선이 클수록 전선을 손상시켜 더 많은 전류를 옮길 수 있습니다.

이게 말이 되길 바랍니다. 테스트에서 행운을 빕니다.)

정의에 따라 볼트는 열당 줄입니다.

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

이것은 전위의 정의, 즉 회로 또는 시스템에서 단위 전 하당 위치 에너지의 양에서 비롯됩니다. 비유하자면, 전위는 높이 / 거리 (본질적으로 중력 전위)가 중력에 대한 것이므로 전기에 해당합니다.

전압 $ \ Delta V $로 더 일반적으로 알려진 전위차는 현재 $ I를 결정합니다. 저항 $ R $가 주어진 회로에서 $. 이것은 옴의 법칙으로 알려져 있으며 $ \ Delta V = IR $ 방정식으로 주어집니다.

많은 사람들이 이것이 “전기 압력”이라고 말하지만 개인적으로 그 비유를 좋아하지 않습니다. 나는 중력에 대한 비유를 선호합니다. 언덕 아래로 구르는 공을 생각해보십시오. 왜 언덕을 굴러 올라가지 않습니까?

공은 위치 에너지를 최소화하기 위해 움직이며 지구의 보수적 인 중력에 의해 가속됩니다. 언덕의 바닥은 지구 중심에 가장 가깝고 가능한 가장 낮은 높이이므로 중력이 가장 낮습니다.

마찬가지로 전하에 대해서도 마찬가지입니다. 가장 낮은 전위는 양전하 *에 대한 최소 위치 에너지의 위치이며, 보수적 인 필드의 입자는 가장 낮은 위치 에너지의 위치로 이동합니다. 그 위치에, 당신은 옴의 법칙에 따라 전류가 있습니다.

* 음전하의 경우 가장 낮은 전위 에너지가 가장 높은 전위에 있습니다. 전자는 전위가 증가하는 방향으로 이동합니다.

댓글

• ” 공은 최저 에너지 상태를 원합니다. ” -으 …
• @AlfredCentauri 자세히 설명 하시겠습니까? 더 많은 의견을 제공 할 수 있다면 더 정확하고 싶습니다. ” 그 “는 ‘별로 도움이되지 않습니다. 대신 ” 공이 위치 에너지를 최소화하기 위해 이동한다고 말할 수 있습니다. 즉, 가장 안정적인지면 상태로 향합니다. ” ‘ ” 예술적 ” 사용은 말할 것도없고 의인화.
• zhutchens1, 정말 자세히 설명해야합니까? 진지한 물리학 학생 수준에서 ” 왜 [공이] 언덕을 굴러 올라가지 않는가? ” 정말 ‘ 공이 ‘ 원하지 않는 ‘? 귀하의 의견을 보면 ‘ 그렇게 생각하지 않으실 것입니다. 이에 따라 행동하십시오.
• @AlfredCentauri 감사합니다. 내 대답을 좀 더 정확하게 편집했습니다. 나는 ” 진지한 물리학 학생 “이 전위의 정의와 그 단위가 기본 / 기본 지식이 될 것이라고 주장 할 수 있습니다. .

여기에는 양전하 입자 (검은 색)와 음전하 입자 ( 흰색) :

이제 우리가 A 지점에 음전하를 띤 입자를 떨어 뜨린다 고 가정합니다. 왼쪽에있는 모든 양전하에 끌리고 오른쪽에있는 음전하에 의해 반발되기 때문에 왼쪽으로 이동하려고합니다. (왼쪽에도 음전하가 있지만 모든 양수로 균형을 이룬 것 이상입니다.)

그 입자를 A 지점에서 B 지점으로 옮기고 싶다고 가정 해 보겠습니다. 모든 전기력을 반대 해야하므로 해당 전하를 A에서 B로 이동하려면 약간의 에너지가 필요합니다.

전압 지점 A와 B 사이에 필요한 에너지의 양입니다. 즉, 음전하를 A에서 B로 이동하여 전기적 힘을 극복하는 데 필요한 에너지의 양입니다.

전압이 3이라고 가정 해 보겠습니다.이를 표현하는 한 가지 방법은 A의 전압이 1이고 B의 전압이 4라고 말하는 것입니다. 또는 A의 전압이 6이고 B의 전압은 9입니다. 또는 A의 전압은 $ -2 $이고 B의 전압은 $ + 1 $입니다. $ A $에 할당 할 완벽하게 임의의 숫자를 선택할 수 있습니다. $ B $에 3을 더한 숫자를 할당하면됩니다.

그러니 계속해서 (임의로) $ A $의 전압은 $ 2 $이고 $ B $의 전압은 $ 5 $입니다. 다시 말하지만, 우리가 의미하는 것은 하나의 충전 단위를 $ A $에서 $ B $로 이동하는 데 3 단위의 에너지가 필요하다는 것입니다.

이제 또 다른 포인트 $ C $가 있다고 가정하고 충전 단위를 $ A $에서 $ C $로 이동하는 데 7 단위의 에너지가 필요하다고 가정합니다. 즉, $ A $에서 $ C $까지의 전압은 $ 7 $입니다. 그런 다음 이미 $ A $ 지점에서 $ 2 $라고 부르기로 결정 했으므로 $ C $ 지점에서 $ 9 $라고해야합니다.

지금 : 단위를 이동하는 데 얼마나 많은 에너지가 필요합니까? $ B $에서 $ C $로 청구? 음, $ B $ — $ B $의 전압 —에 할당 한 숫자는 $ 5 $입니다. 그리고 $ C $의 전압은 $ 9 $입니다. 따라서 우리는 충전 단위를 $ B $에서 $ C $로 이동하는 데 $ 9-5 = 4 $ 단위의 에너지가 필요할 것으로 예측합니다. 그리고 경험적으로 이런 식으로 예측하면 항상 옳습니다.

요약 : $ A $와 $ B $ 사이의 전압은 다음과 같습니다. 단위 요금을 $ A $에서 $ B $로 옮기는 데 필요한 에너지. $ A $ 의 전압은 구성하려는 숫자입니다. — $ 2 $ 또는 $-라고 부를 수 있습니다. 100 $ 또는 $ 3.14159 $. 일단 그 수치를 만들면 $ B $ 또는 $ C $ 또는 $ D $의 전압에서 $ A $의 전압을 뺀 값이 $ A에서 단위 전하를 이동하는 데 필요한 에너지입니다. $에서 $ B $ 또는 $ C $ 또는 $ D $.그리고 — 기적적으로 —이 방법으로 숫자를 할당하면, 단위 요금을 $ B $에서 $ C $로 또는 $ B $에서 $ D $로 옮기는 데 얼마나 많은 에너지가 필요한지 알아낼 수 있습니다. 또는 $ D $에서 $ C $로, 차이를 감수하십시오.

압력이 마음에 들지 않는 경우 비유하면이 그림이 마음에 들지 않을 것 같습니다. 누군가가 옴 ‘의 법칙을 직관적으로 설명해 줄 수 있습니까? . 하지만 살펴볼 가치가 있습니다.

그 외에도 전압 $ V $ (V $ \ mathrm V $ 단위)는 충전 당 에너지입니다. 즉, 쿨롱 당 줄 :

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

즉, 전압은 단위당 회로의 한 지점에 저장된 에너지 ( 잠재 전기 에너지 라고도 함)의 양입니다. 전하 .

회로의 한 지점이 다른 지점보다이 에너지를 더 많이 저장하면 전하가 다른 지점으로 이동합니다. 충전은 항상 가능한 가장 낮은 에너지를 가진 지점에 있기를 원할 것입니다.

• 늘어 났을 때 에너지를 저장할 수있는 용수철처럼 항상 늘이지 않은 상태 (최저 -에너지) 모양.

그리고 이것이 사람들이 “수압”비유를 사용하는 이유입니다. 둘 사이의 에너지 차이 포인트는 전하가 한 지점에서 다른 지점으로 이동하게 만드는 것입니다. 마치 한 지점에서 더 큰 “압력”이 가해져 다른 지점으로 “밀어”있습니다.

더 자세히

이유는 더 많은 전하 (동일한 부호)가 모이면 위치 전기 에너지가 “저장”되기 때문입니다.

• 하나의 전자만으로는 위치 에너지가 발생하지 않습니다.
• 하지만 회로의 같은 지점에 두 개의 전자를 추가하면 서로 밀어냅니다. 압축 된 용수철처럼. 놓아두면 서로 멀어집니다 .

이 “저장된 에너지”는 서로를 격퇴한다는 사실에서 비롯됩니다. d 회로에서 덜 격퇴되는 지점이 주변에 있으므로 자연스럽게 그곳으로 이동합니다. 이렇게하면이 시스템의 위치 에너지가 감소 됩니다. 가장 낮은 에너지 구성에 도달하는 것이 모든 위치 에너지 시스템의 목표가되는 이유입니다.

모든 전압은 다음과 같습니다. 단순히 한 지점에서 충전 당 에너지이며 회로의 다른 지점과 비교할 수 있으므로 충전이 그곳으로 이동할 것인지 여부를 알 수 있습니다.

댓글

• 전압의 개념은 회로의 개념과 회로를 통해 흐르는 전류와 무관합니다.