Ce este mai exact un “ volt ”

Există „o analogie strânsă cu gravitația, poate va ajuta să aruncăm o privire asupra ei.

Pot defini o cantitate $ X = gh $ (lângă suprafața pământului) unde $ g $ este accelerația datorată gravitației și $ h $ este înălțimea de deasupra suprafeței. Este greu să faci un sens intuitiv din acea cantitate. Dar dacă înmulțesc cu masa unui obiect la acea înălțime, voi găsi $ U = mgh $, energie. Așadar, am putea spune că $ X $ reprezintă un potențial de a deveni energie în acel moment.

În mod similar, pot defini o cantitate $ V $. Este greu să obțin un sens intuitiv din acea cantitate. Dar dacă mă înmulțesc cu încărcarea unui obiect în acea poziție, voi găsi $ U = qV $, energie. Deci am putea spune că $ V $ reprezintă un potențial să devină energie în acel moment.

Există un lucru nefericit de care trebuie să fii atent. Cuvântul potențial este folosit în două concepte diferite, dar strâns legate: potențial electric și energie potențială electrică . În mod similar, putem avea potențial gravitațional și energie potențială gravitațională . Știu că atunci când începeam, acest lucru mi-a provocat o oarecare confuzie.

Recunosc că acesta nu este un răspuns direct la „Ce este un volt?”, Dar voltul este o cantitate abstractă. Îl definim ca un stand-in convenabil pentru energie; simplifică o mulțime de analize. „Nu este o cantitate fizică directă, cum ar fi forța sau distanța.

Comentarii

• De ce să nu oferim doar definiția energiei potențiale în loc să oferim o analogie ? Nu am înțeles niciodată cum compararea electromagnetismului cu alte lucruri ar putea fi mai ușoară decât simpla învățare a electromagnetismului.
• @GennaroTedesco Cred că OP a încercat să învețe electromagnetismul și a ajuns la ceva ce linia convențională de raționament nu ‘ nu-i explicați. O analogie ar putea ajuta. Recunosc cu ușurință că nu a ajutat ‘ să nu ajute pe toată lumea. OP este un novice și nu ‘ nu gândește la fel cum gândești tu sau eu.

Volți sau tensiune reprezintă cantitatea de energie potențială pe care o au electronii față de un alt punct, de obicei ceea ce se numește „sol”, care este definit ca având un potențial de 0 volți. În unele dispozitive, acest lucru este legat de curent prin ceea ce se numește rezistență (măsurată în ohmi), care este raportul dintre tensiune și curent în dispozitivul menționat. În mod specific, tensiunea este cantitatea de energie pe coulomb de încărcare, deci volții au dimensiunea de Jouli pe Coulomb. Dacă doriți o analogie din lumea reală, o comparație decentă (nu cea mai bună, dar decentă) pe care îmi place să o folosesc este analogia apei din țevi. Curentul este literalmente doar cantitatea de apă care curge prin conductă. Mai multă apă înseamnă mai multe molecule de apă care curg, ceea ce este analog cu electricitatea care curge printr-un fir. Tensiunea, pe de altă parte, poate fi gândită în termeni de cădere a apei: apa care cade dintr-o cascadă înaltă are mai multă energie potențială decât apa care cade peste, să zicem, marginea unei stânci mici la baza cascadei. Aici, din nou, măsurăm potențialul în raport cu solul.

Deci un volt este „presiunea” din fir. Cu cât volți sunt mai mulți, cu atât este mai mare potențialul de mișcare. Deci, dacă creșteți tensiunea a ceva decât curentul sau viteza de mișcare a energiei crește, deoarece mai multă energie trece prin același fir. prin circuit în bec. La început, apasă ușor și becul se aprinde slab. În cele din urmă el apasă mai tare și din moment ce există mai mulți volți în fir, curentul se mișcă mai repede, astfel încât becul devine mai luminos. Apoi se oprește din apăsare și, din moment ce nu circulă volți prin circut, nu există presiune, lumina se stinge. Apoi trântește butonul cu un ciocan și atât de mulți volți merg prin circ, încât firele sunt supraîncărcate. Ca și cum ai conecta o pompă uriașă de apă la o conductă mică, conducta se va rupe deoarece presiunea apei este prea mare.

O altă analogie pe care o puteți folosi (aceasta are de fapt sens)

Tensiunea (V) este potențialul pentru a se deplasa energia și este echivalent cu presiunea apei. Curentul (I) este o rată a debitului și se măsoară în amperi. Ohmul (r) este o măsură a rezistenței și este echivalent cu dimensiunea conductei de apă. Acești trei termeni sunt legați între ei cu o formulă simplă care citește, curentul este egal cu tensiunea împărțită la rezistență. I = V / r Imaginați-vă că aveți un rezervor de apă cu un furtun conectat la fundul acestui rezervor. Ce se întâmplă dacă creșteți presiunea în interiorul acestui rezervor? Cantitatea de apă care curge din furtun va crește, de asemenea. Același lucru este valabil și atunci când creșteți tensiunea, va curge mai mult curent. Ce se întâmplă dacă conectați un furtun cu diametru mai mare la acest rezervor? Debitul va crește, de asemenea, deoarece rezistența a scăzut. Același lucru este valabil dacă utilizați un fir mare cu ecartament atunci când se deplasează curentul. Cu cât firul este mai mare, cu atât mai mult curent îl puteți deplasa prin deteriorarea firului.

Sper că acest lucru are sens, noroc la test;)

Prin definiție, un volt este un joule per colomb:

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

Acest lucru apare din definiția potențialului electric: cantitatea de energie potențială pe unitate de încărcare într-un circuit sau sistem. Pentru a face o analogie, potențialul electric este electricitatea, în timp ce înălțimea / distanța (în esență, potențialul gravitațional) este gravitația.

Diferența de potențial electric, mai cunoscută sub denumirea de tensiune $ \ Delta V $, determină curentul $ I $ într-un circuit având o anumită rezistență $ R $. Aceasta este cunoscută sub numele de legea lui Ohm și este dată de ecuația $ \ Delta V = IR $.

Mulți oameni spun că este „presiune electrică”, dar nu îmi place personal această analogie. Prefer analogia decât gravitația. Gândește-te la o minge care se rostogolește pe un deal. De ce nu se rostogolește pe deal?

Mingea se mișcă pentru a-și minimiza energia potențială, fiind accelerată de forța gravitațională conservatoare a Pământului. Fundul dealului este cel mai aproape de centrul Pământului, cea mai mică înălțime posibilă și, prin urmare, cea mai mică gravitațională. potențial.

În mod similar, acest lucru este valabil și pentru sarcinile electrice. Cel mai mic potențial electric este amplasarea energiei potențiale minime pentru sarcini pozitive *, iar particulele dintr-un câmp conservator se deplasează în locul celei mai mici energii potențiale. în această poziție, aveți curent în conformitate cu legea lui Ohm.

* Pentru sarcini negative, cea mai mică energie potențială este la cel mai mare potențial electric. Electronii se deplasează în direcția creșterii potențialului electric.

Comentarii

• ” Mingea vrea să fie în starea sa cea mai scăzută de energie ” – ugh …
• @AlfredCentauri Aveți grijă să elaborați? Vreau să fiu mai precis dacă puteți oferi mai multe feedback – ” ugh ” isn ‘ t foarte util. Aș putea spune că mingea ” se deplasează pentru a-și minimiza energia potențială, adică spre starea de bază, unde este cea mai stabilă. ” Este ‘ un punct dificil de exprimat, ca să nu mai vorbim de ” folosirea artistică ” personificare.
• zhutchens1, chiar trebuie să elaborez? Este cel mai bun răspuns, la nivelul studenților serioși la fizică, la întrebarea ” De ce [mingea] nu se rostogolește pe deal ” într-adevăr că ‘ mingea nu ‘ nu vrea să ‘? Din comentariul tău, văd că probabil nu ‘ nu crezi așa. Acționează în conformitate cu asta.
• @AlfredCentauri Mulțumesc. Mi-am editat răspunsul pentru a fi puțin mai precis. Deși aș putea susține că un ” student serios la fizică ” va găsi definiția potențialului electric și a unităților sale ca fiind cunoștințe de bază / fundamentale .

Aici avem o grămadă de particule încărcate pozitiv (negru colorat) și particule încărcate negativ ( alb colorat):

Acum, să presupunem că aruncăm o particulă încărcată negativ la punctul A. Va încerca să se deplaseze la stânga, deoarece este atrasă de toate acele sarcini pozitive din stânga și respinsă de sarcinile negative din dreapta. (Există și o sarcină negativă în stânga, dar aceasta este mai mult decât echilibrată de toate pozitivele.)

Să presupunem că doriți să mutați acea particulă din punctul A în punctul B. Atunci voi ” va trebui să împingi împotriva toată acea forță electrică, deci va fi nevoie de puțină energie pentru a muta acea încărcare de la A la B.

Tensiunea între punctele A și B este cantitatea de energie de care veți avea nevoie pentru asta — adică cantitatea de energie necesară pentru a vă deplasa sarcina negativă de la A la B, depășind forțele electrice de-a lungul drumului.

Să presupunem că tensiunea se întâmplă să fie, să zicem, 3. O modalitate de a exprima este să spunem că tensiunea la A este 1 și tensiunea la B este 4. Sau puteți spune că tensiunea la A este 6 și tensiunea la B este 9. Sau că tensiunea la A este de $ -2 $ și tensiunea la B este $ + 1 $. Puteți alege un număr perfect arbitrar pe care să-l atribuiți punctului $ A $, atâta timp cât atribuiți acel număr plus 3 la punctul $ B $.

Deci, să continuăm și să spunem (în mod arbitrar) că tensiunea la $ A $ este de $ 2 $ iar tensiunea la $ B $ este $ 5 $. Din nou, tot ce vrem să spunem prin aceasta este că este nevoie de 3 unități de energie pentru a muta o unitate de încărcare de la $ A $ la $ B $.

Acum să presupunem că există un alt punct $ C $ și să presupunem că este nevoie de 7 unități de energie pentru a muta o unitate de încărcare de la $ A $ la $ C $. Adică tensiunea de la $ A $ la $ C $ este de 7 $. Apoi, deoarece am decis deja să numim tensiunea 2 $ la punctul $ A $, trebuie să-i spunem 9 $ $ la punctul $ C $.

Acum: Câtă energie este necesară pentru a muta o unitate de taxa de la $ B $ la $ C $? Ei bine, numărul pe care l-am atribuit lui $ B $ — tensiunea la $ B $ — este de 5 $. Și tensiunea la $ C $ este de 9 $. Prin urmare, prezicem că va dura 9-5 $ = 4 $ unități de energie pentru a muta o unitate de încărcare de la $ B $ la $ C $. Și se dovedește, empiric, că dacă faci predicții în acest fel, ai întotdeauna dreptate.

Deci, în rezumat: tensiunea între $ A $ și $ B $ este energia necesară pentru a muta o taxă pe unitate de la $ A $ la $ B $. Tensiunea la $ A $ este orice număr pe care doriți să îl compuneți — îl puteți numi $ 2 $ sau $ – 100 $ sau 3,14159 $. Odată ce ați făcut acest număr, tensiunea la $ B $ sau $ C $ sau $ D $, minus tensiunea la $ A $, este energia necesară pentru a muta o încărcare unitară de la $ A $ la $ B $ sau $ C $ sau $ D $.Și — în mod miraculos — după ce atribuiți numerele în acest fel, le puteți folosi și pentru a afla câtă energie este necesară pentru a muta o taxă unitară de la $ B $ la $ C $ sau de la $ B $ la $ D $ sau de la $ D $ la $ C $, doar luând diferențe.

Dacă nu îți place presiunea analogie, cred că nu ți-ar plăcea această ilustrație: Ar putea cineva să-mi explice intuitiv legea Ohm ‘? . Dar merită să încercați să aruncați o privire.

În afară de aceasta, tensiunea $ V $ (cu unitatea de volți $ \ mathrm V $) este doar energie per încărcare; adică Joule per Coulomb :

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

Cu alte cuvinte, tensiunea este cantitatea de energie ( energie electrică potențială , așa cum se numește) stocată într-un punct din circuit pe unitate of charge .

Dacă un punct din circuit stochează mai multă energie decât altul, atunci sarcinile se vor deplasa către celălalt punct. Încărcarea va dori întotdeauna să se afle într-un loc cu cea mai mică energie posibilă.

• La fel ca un izvor, care poate stoca energie atunci când este întins, care va încerca întotdeauna să se întoarcă la el întins -energie) formă.

Și acesta este motivul pentru care oamenii folosesc analogia „presiunii apei”. Deoarece diferența de energie între două puncte este ceea ce face ca sarcina să se deplaseze de la un punct la altul – ca și cum ar exista o „presiune” mai mare asupra lor la un moment dat „împingându-le” în celălalt punct.

În mai multă adâncime

Motivul este că energia electrică potențială este „stocată” atunci când sunt adunate mai multe încărcături (cu același semn).

• Un singur electron nu produce energie potențială,
• dar adăugați doi electroni în același punct din circuit și se vor respinge reciproc. Ca un arc comprimat. Dacă îi lăsați să plece, ei se vor îndepărta unul de celălalt .

Această „energie stocată” apare din faptul că se resping reciproc Aș avea locuri în apropiere în circuit de unde sunt respinse mai puțin – așa că se vor muta în mod natural acolo. Aceasta va reduce energia potențială a acestui sistem – atingerea unei configurații cu cea mai mică energie este din acest motiv obiectivul pentru orice sistem de energie potențială.

Deci, în ansamblu, voltul este pur și simplu energia per încărcare într-un punct și poate fi comparată cu alte puncte din circuit, așa că știm dacă sarcina vrea să se deplaseze acolo sau nu.

Comentarii

• Vă rugăm să rețineți că conceptul de tensiune este independent de conceptul de circuit și curent care circulă printr-un circuit.