Hva er egentlig en “ volt ”?

Det er en nær analogi med tyngdekraften, kanskje det vil hjelpe å se på den.

Jeg kan definere en mengde $ X = gh $ (nær jordens overflate) hvor $ g $ er akselerasjonen på grunn av tyngdekraften og $ h $ er høyden over overflaten. Det er vanskelig å gi noen intuitiv mening ut av den mengden. Men hvis jeg multipliserer med massen til et objekt i den høyden, finner jeg $ U = mgh $, energi. Så vi kan si $ X $ representerer et potensiale for å bli energi på det tidspunktet.

På samme måte kan jeg definere en mengde $ V $. Det er vanskelig å få noen intuitiv mening ut av den mengden. Men hvis jeg multipliserer med ladningen til et objekt i den posisjonen, finner jeg $ U = qV $, energi. Så vi kan si $ V $ representerer et potensial for å bli energi på det tidspunktet.

Det er en uheldig ting å passe på. Ordet potensial blir brukt i to forskjellige, men nært beslektede begreper: elektrisk potensiale og elektrisk potensiell energi . På samme måte kan vi ha gravitasjonspotensiale og gravitasjonspotensial energi . Jeg vet at da jeg begynte, forårsaket dette meg litt forvirring.

Jeg innser at dette ikke er et direkte svar på «Hva er en volt?», Men volt er en abstrakt størrelse. Vi definerer det som en praktisk stand-in for energi; det forenkler mye analyse. Det er ikke en direkte fysisk størrelse som kraft eller avstand.

Kommentarer

• Hvorfor ikke bare gi definisjonen av potensiell energi i stedet for å gi en analogi ? Jeg har aldri forstått hvordan det å sammenligne elektromagnetisme med andre ting muligens kan være enklere enn bare å lære elektromagnetisme. ‘ t forklarer ham eller henne. En analogi kan hjelpe. Jeg innrømmer lett at det ikke vil ‘ ikke hjelpe alle. OP er en nybegynner , og tenker ikke ‘ på samme måte som du eller jeg.

Volt eller spenning er mengden potensiell energi som elektroner har i forhold til et annet punkt, vanligvis det som kalles «jord», som er definert som å ha et potensial på 0 volt. I noen enheter er dette relatert til strøm ved det som kalles motstand (målt i ohm), som er forholdet mellom spenning og strøm i nevnte enhet. Spesielt er spenning mengden energi per ladning, så volt har dimensjonen Joule per Coulomb. Hvis du vil ha en virkelig analogi, er en anstendig (ikke den beste, men anstendige) sammenligningen jeg liker å bruke analogien med vann i rør. Strøm er bokstavelig talt bare mengden vann som strømmer gjennom røret. Mer vann betyr flere vannmolekyler som strømmer, noe som er analogt med strøm som strømmer gjennom en ledning. Spenning, derimot, kan tenkes på når det gjelder fallende vann: vann som faller fra en høy foss har mer potensiell energi enn vann som faller over, for eksempel kanten av en liten stein ved foten av fossen. Her måler vi igjen potensialet i forhold til bakken.

Så en volt er «trykket» i ledningen. Jo mer volt jo større potensial for bevegelse. Så hvis du øker spenningen til noe enn strømmen eller hastigheten på energibevegelsen øker fordi mer all energi går gjennom den samme ledningen.

Bob har en spenningskontroller og jo hardere han trykker på knappen jo mer volt strømmer gjennom kretsen inn i lyspæren. Først presser han forsiktig ned og pæren lyser svakt. Til slutt presser han hardere, og siden det er flere volt i ledningen, beveger strømmen seg raskere slik at pæren blir lysere. Han slutter å trykke, og siden det ikke er noen volt som går gjennom kretsløpet, er det ikke noe trykk, lyset slukker. Deretter smeller han på knappen med en hammer, og så mange volt går gjennom sirkuset at ledningene er overladet. Som om du kobler en stor vannpumpe til et lite rør, vil røret bryte fordi vanntrykket er for høyt.

En annen analogi du kan bruke (denne gir mening)

Spenning (V) er potensialet for energi til å bevege seg og tilsvarer vanntrykk. Strøm (I) er en strømningshastighet og måles i ampere. Ohm (r) er et mål for motstand og tilsvarer størrelsen på vannrøret. Disse tre begrepene er relatert til hverandre med en enkel formel som leser, strømmen er lik spenningen delt på motstanden. I = V / r Tenk deg at du har en tank med vann med en slange koblet til bunnen av denne tanken .. Hva skjer hvis du øker trykket inne i denne tanken? Mengden vann som strømmer ut av slangen vil også øke. Det samme gjelder når du øker spenningen, vil mer strøm strømme. Hva skjer hvis du kobler en slange med større diameter til denne tanken? Strømningshastigheten vil også øke fordi motstanden falt. Det samme gjelder hvis du bruker en stor målerledning når du flytter strøm. Jo større ledningen er, jo mer strøm kan du bevege deg gjennom den med å skade ledningen.

Jeg håper dette gir mening, lykke til på testen;)

Per definisjon er en volt en joule per kolonn:

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

Dette oppstår fra definisjonen av elektrisk potensial: mengden potensiell energi per enhetsladning i en krets eller et system. For å gi en analogi, er elektrisk potensial for elektrisitet som høyde / avstand (i hovedsak gravitasjonspotensial) er for tyngdekraften.

Elektrisk potensialforskjell, mer kjent som spenning $ \ Delta V $, bestemmer gjeldende $ I $ i en krets gitt litt motstand $ R $. Dette er kjent som Ohms lov og er gitt av ligningen $ \ Delta V = IR $.

Mange sier at det er «elektrisk trykk», men jeg liker ikke den analogien personlig. Jeg foretrekker analogien fremfor tyngdekraften. Tenk på en ball som ruller nedover en bakke. Hvorfor ruller den ikke opp bakken?

Ballen beveger seg for å minimere sin potensielle energi, akselereres av Jordens konservative gravitasjonskraft. Bunnen av bakken er nærmest sentrum av jorden, lavest mulig høyde, og derfor den laveste gravitasjon potensial.

Tilsvarende gjelder dette elektriske ladninger. Det laveste elektriske potensialet er plasseringen av minimal potensiell energi for positive ladninger *, og partikler i et konservativt felt beveger seg til plasseringen med lavest potensiell energi. til den stillingen har du strøm i samsvar med Ohms lov.

* For negative ladninger er den laveste potensielle energien på det høyeste elektriske potensialet. Elektroner beveger seg i retning av økende elektrisk potensial.

Kommentarer

• » Ballen vil være i sin laveste energitilstand » – uh …
• @AlfredCentauri Bryr du deg om å utdype? Jeg vil være mer nøyaktig hvis du kan gi mer tilbakemelding – » ugh » isn ‘ t veldig nyttig. Jeg kunne i stedet si at » ballen beveger seg for å minimere den potensielle energien, dvs. mot bakken, der den er mest stabil. » Det ‘ er et vanskelig punkt å uttrykke, for ikke å nevne min » kunstneriske » bruk av personifisering.
• zhutchens1, trenger jeg virkelig å utdype det? Er det beste svaret, på nivået med alvorlige fysikkstudenter, på spørsmålet » Hvorfor ruller det [ballen] ikke opp bakken » virkelig at ‘ ballen ikke ‘ ikke vil ‘? Fra kommentaren din ser jeg at du sannsynligvis ikke tror det ‘. Handle i samsvar med det.
• @ AlfredCentauri Takk. Jeg redigerte svaret for å være litt mer presist. Selv om jeg kanskje hevder at en » alvorlig student i fysikk » vil finne definisjonen av elektrisk potensial og dets enheter å være grunnleggende / grunnleggende kunnskap .

Her har vi en haug med positivt ladede partikler (farget svart) og negativt ladede partikler ( farget hvit):

Anta at vi slipper inn en negativt ladet partikkel ved punkt A. Det kommer til å prøve å bevege seg til venstre, fordi det tiltrekkes av alle de positive ladningene til venstre og frastøttes av de negative ladningene til høyre. (Det er også en negativ ladning til venstre, men det er mer enn balansert av alle positive.)

Anta at du vil flytte den partikkelen fra punkt A til punkt B. Så » er nødt til å presse mot all den elektriske kraften, så det vil ta litt energi å flytte ladningen fra A til B.

Spenningen mellom punktene A og B er mengden energi du trenger for det — det vil si mengden energi som trengs for å flytte den negative ladningen fra A til B, og overvinne de elektriske kreftene underveis.

Anta at spenning tilfeldigvis er, si, 3. En måte å uttrykke det på er å si at spenningen ved A er 1 og spenningen ved B er 4. Eller du kan si at spenningen ved A er 6 og spenningen ved B er 9. Eller at spenningen ved A er $ -2 $ og spenningen ved B er $ + 1 $. Du kan velge et perfekt vilkårlig nummer du vil tildele til punktet $ A $, så lenge du tildeler dette tallet pluss 3 til punktet $ B $.

Så la oss fortsette og si (vilkårlig) at spenning ved $ A $ er $ 2 $ og spenningen ved $ B $ er $ 5 $. Igjen, alt vi mener med dette er at det tar 3 enheter energi å flytte en ladeenhet fra $ A $ til $ B $. nta at det er et annet poeng $ C $, og anta at det tar 7 enheter energi å flytte en enhet fra $ A $ til $ C $. Det vil si at spenningen fra $ A $ til $ C $ er $ 7 $. Siden vi allerede bestemte oss for å kalle spenningen $ 2 $ på punktet $ A $, må vi kalle det $ 9 $ på punktet $ C $.

Nå: Hvor mye energi tar det å flytte en enhet på kostnad fra $ B $ til $ C $? Tallet vi tildelte $ B $ — spenningen ved $ B $ — er $ 5 $. Og spenningen på $ C $ er $ 9 $. Derfor forutsier vi at det vil ta $ 9-5 = 4 $ enheter energi å flytte en ladeenhet fra $ B $ til $ C $. Og det viser seg, empirisk, at hvis du spår på denne måten, har du alltid rett.

Så oppsummert: Spenningen mellom $ A $ og $ B $ er energien som trengs for å flytte en enhetsladning fra $ A $ til $ B $. Spenningen at $ A $ er et hvilket som helst tall du bryr deg om å gjøre opp — du kan kalle det $ 2 $ eller $ – 100 $ eller $ 3.14159 $. Når du har oppnådd dette tallet, er spenningen på $ B $ eller $ C $ eller $ D $, minus spenningen på $ A $, energien som trengs for å flytte en enhetslading fra $ A $ til $ B $ eller $ C $ eller $ D $.Og — mirakuløst — når du tildeler tall på denne måten, kan du også bruke dem til å finne ut hvor mye energi det tar å flytte en enhetslading fra $ B $ til $ C $ eller fra $ B $ til $ D $ eller fra $ D $ til $ C $, bare ved å ta forskjeller.

Hvis du ikke liker trykket analogi, antar du at du ikke vil like denne illustrasjonen: Kunne noen intuitivt forklare meg Ohm ‘ s lov? . Men det er verdt å prøve å ta en titt.

Bortsett fra det, er spenning $ V $ (med volt-enheten $ \ mathrm V $) bare energi per lading, noe som betyr Joule per Coulomb :

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

Med andre ord er spenningen mengden energi ( potensiell elektrisk energi , som den heter) lagret på et punkt i kretsen per enhet av ladning .

Hvis ett punkt i kretsen lagrer mer av denne energien enn et annet, vil ladningene bevege seg mot det andre punktet. Ladning vil alltid være på et sted med lavest mulig energi.

• Akkurat som en fjær, som kan lagre energi når den strekkes, som alltid vil prøve å gå tilbake til den er ustrakt (lavest -energi) form.

Og dette er hvorfor folk bruker «vanntrykk» -analogien. Fordi forskjellen i energi mellom to poeng er det som får ladningen til å bevege seg fra det ene punktet til det andre – som om det er et større «trykk» på dem på det ene punktet og «skyver» dem til det andre punktet.

Mer i dybden

Årsaken er at potensiell elektrisk energi «lagres» når flere ladninger (av samme tegn) samles.

• Ett elektron alene forårsaker ingen potensiell energi,
• men legg til to elektroner til samme punkt i kretsen, og de vil frastøte hverandre. Som en fjær som er komprimert. Hvis du lar dem gå, vil de bevege seg bort fra hverandre .

Denne «lagrede energien» stammer fra det faktum at de frastøter hverandre en d har flekker i nærheten der de frastøtes mindre fra – så de vil naturlig bevege seg dit. Dette vil redusere den potensielle energien til dette systemet – å nå en konfigurasjon av lavest energi er av denne grunn målet for ethvert potensielt energisystem.

Så alt i alt er volt ganske enkelt energien per ladning på et punkt, og den kan sammenlignes med andre punkter i kretsen, slik at vi vet om ladning vil bevege seg dit eller ikke.

Kommentarer

• Vær oppmerksom på at spenningsbegrepet er uavhengig av begrepet krets og strøm som strømmer gjennom en krets.