Vad är exakt en volt ? Så jag studerade kapitlet ”elektricitet” i april månad och blev introducerad till begreppet ”volt”.
Konceptet var för oklart för mig så jag försökte ställa några frågor till mina lärare och gör några sökningar på google och titta på några videor.
Jag observerade att ingen ger mig ett lämpligt svar. Alla ger bara analogin med en vattenflaska med hål i den. Jag tror inte att en krets är en vattenflaska.
Jag ville inte ställa den här frågan på stackbyte men den blir för förvirrande och jag kunde inte förstå den.
Vad exakt är volt? Är det energi? Eftersom alla pratar om det på ett sätt som gör att det ser ut som det är något som påverkar strömmen av el.
Jag måste fråga vad exakt är något ?
Kommentarer
- Vad sägs om t.ex. Wikipedia-artikeln är oklart för dig? Det ’ s den elektriska potentialenheten.
- Bara av min erfarenhet, och jag tror att många människor håller med: det ’ är svårt att förstå vad poäng att ha en sak som kallas spänning är när du är ny på idén. Jag menar, jag brukade tänka, ” varför säger folk högspänning istället för hög ström ? ” En volt är en skillnad i energi per laddningsenhet. Det enda sättet att förstå vad det är är att bekanta sig med det. Om du tar upp högre nivåer av fysik kommer tanken på en volt att bli (med risk för att låta dramatisk) en del av din själ, och du kommer inte ens att inse det: div
/ li>
Svar
Det finns en nära analogi med tyngdkraften, kanske hjälper det att titta på det.
Jag kan definiera en mängd $ X = gh $ (nära jordens yta) där $ g $ är accelerationen på grund av tyngdkraften och $ h $ är höjden ovanför ytan. Det är svårt att ge någon intuitiv mening av den kvantiteten. Men om jag multiplicerar med massan av ett objekt i den höjden hittar jag $ U = mgh $, energi. Så vi kan säga $ X $ representerar en potential att bli energi vid den tiden.
På samma sätt kan jag definiera en mängd $ V $. Det är svårt att göra någon intuitiv mening av den kvantiteten. Men om jag multiplicerar med laddningen av ett objekt i den positionen hittar jag $ U = qV $, energi. Så vi kan säga $ V $ representerar en potential för att bli energi vid den tiden.
Det finns en olycklig sak att se upp för. Ordet potential används i två olika men nära besläktade begrepp: elektrisk potential och elektrisk potentiell energi . På samma sätt kan vi ha gravitationspotential och gravitational potential energy . Jag vet att när jag började detta orsakade jag viss förvirring.
Jag inser att detta inte är ett direkt svar på ”Vad är en volt?”, Men volt är en abstrakt mängd. Vi definierar det som en bekväm inställning för energi; det förenklar mycket analys. Det är inte en direkt fysisk storlek som kraft eller avstånd.
Kommentarer
- Varför inte bara ge definitionen av potentiell energi istället för att ge en analogi ? Jag förstod aldrig hur det kan vara lättare att jämföra elektromagnetism med andra saker än att bara lära sig elektromagnetism. ’ t förklara för honom eller henne. En analogi kan hjälpa. Jag erkänner lätt att det inte kommer ’ t att hjälpa alla. OP är en nybörjare och tänker inte ’ på samma sätt som du eller jag.
Svar
Låt $ \ mathbf {E} (\ mathbf {r}) $ vara det elektriska fältet: det arbete som utförs av fältet på en enhetlig laddning $ q $ längs vägen $ \ gamma $ är per definition , $$ W _ {\ gamma} = \ int _ {\ gamma} \ textrm {d} \ mathbf {r} \ cdot \ mathbf {E} (\ mathbf {r}).$$ Om det arbete som utförs av fältet inte beror på sökvägen $ \ gamma $ utan bara på dess gränser istället, säger vi att fältet är konservativt och uttrycker det associerade arbetet som görs som skillnad för en funktion beräknad på gränserna, nämligen $$ W _ {\ gamma} = V (A) – V (B) = \ int _ {\ gamma} \ textrm {d} \ mathbf {r} \ cdot \ mathbf {E} _ {\ textrm {cons}} ( \ mathbf {r}) $$ för konservativa fält $ \ mathbf {E} _ {\ textrm {cons}} (\ mathbf {r}) $. Beräkning av ovanstående längs valfri bana $ \ gamma $ som går vid valfri punkt i rymden en definierar funktionen $ V (x) $, kallad fältets potentiella energi.
Låt oss ta det speciella fallet med ett konservativt konstant elektriskt fält. Det associerade arbetet som utförs längs en bana $ \ gamma $ uttrycks därför av skillnaden mellan potentiell $$ V (A) – V (B) = | \ textrm {E} | \, \ Delta r. $$ Vi kallar potentialskillnaden på 1 Volt för det arbete som utförs av ovanstående fält för modul 1 N / C $ för att flytta en enhetlig laddning på 1 m.
Svar
Volt eller spänning är mängden potentiell energi som elektroner har i förhållande till en annan punkt, vanligtvis vad som kallas ”jord”, vilket är definieras som att ha en potential på 0 volt. I vissa enheter är detta relaterat till ström genom vad som kallas motstånd (uppmätt i ohm), vilket är förhållandet mellan spänning och ström i nämnda anordning. Specifikt är spänning mängden energi per laddningskulomb, så volt har dimensionen Joule per Coulomb. Om du vill ha en verklig analogi, är en anständig (inte den bästa, men anständiga) jämförelsen jag gillar att använda analogin med vatten i rör. Strömmen är bokstavligen bara den mängd vatten som rinner genom röret. Mer vatten betyder fler vattenmolekyler som strömmar, vilket är analogt med elektricitet som strömmar genom en tråd. Spänning, å andra sidan, kan tänka på när det gäller fallande vatten: vatten som faller från ett högt vattenfall har mer potentiell energi än vatten som faller över, till exempel kanten av en liten sten vid vattenfallets botten. Här mäter vi igen potentialen i förhållande till marken.
Så en volt är ”trycket” i ledningen. Ju mer volt desto större potential för rörelse. Så om du ökar spänningen för något än strömmen eller hastigheten för energirörelsen ökar eftersom mer energi går genom samma ledning.
Bob har en spänningsregulator och ju hårdare han trycker på knappen desto mer voltflöde genom kretsen in i glödlampan. Först trycker han ner försiktigt och lampan tänds svagt. Så småningom trycker han hårdare och eftersom det finns fler volt i ledningen rör sig strömmen snabbare så att lampan blir ljusare. Han slutar sedan trycka och eftersom det inte finns några volt som går genom strömkretsen, finns det inget tryck, ljuset slocknar. Han slår sedan på knappen med en hammare och så många volt går genom cirkusen att ledningarna är överladdade. Som om du ansluter en stor vattenpump till ett litet rör kommer röret att gå sönder eftersom vattentrycket är för högt.
En annan analogi du kan använda (den här är faktiskt vettigt)
Spänning (V) är potentialen för energi att röra sig och motsvarar vattentrycket. Ström (I) är en flödeshastighet och mäts i ampere. Ohms (r) är ett mått på motstånd och motsvarar vattenrörets storlek. Dessa tre termer är relaterade till varandra med en enkel formel som läser, strömmen är lika med spänningen dividerad med motståndet. I = V / r Tänk dig att du har en tank med vatten med en slang ansluten till botten av tanken .. Vad händer om du ökar trycket inuti tanken? Mängden vatten som rinner ut ur slangen ökar också. Detsamma gäller när du ökar spänningen kommer mer ström att strömma. Vad händer om du ansluter en slang med större diameter till tanken? Flödeshastigheten ökar också eftersom motståndet sjönk. Detsamma gäller om du använder en stor mätkabel när du flyttar ström. Ju större tråd desto mer ström kan du röra genom den med att skada kabeln.
Jag hoppas att det är vettigt, lycka till på testet;)
Svar
Per definition är en volt en joule per kolumma:
$$ V \ equiv \ frac {J} {C} $$
Detta härrör från definitionen av elektrisk potential: mängden potentiell energi per laddningsenhet i en krets eller ett system. För att ge en analogi är elektrisk potential att elektricitet eftersom höjd / avstånd (i huvudsak gravitationspotential) är att tyngdkraften.
Elektrisk potentialskillnad, mer allmänt känd som spänning $ \ Delta V $, bestämmer den nuvarande $ I $ i en krets med viss motstånd $ R $. Detta kallas Ohms lag och ges av ekvationen $ \ Delta V = IR $.
Många säger att det är ”elektriskt tryck” men jag tycker inte personligen om den analogin. Jag föredrar analogin framför tyngdkraften. Tänk på en boll som rullar nerför en kulle. Varför rullar det inte uppför backen?
Bollen rör sig för att minimera sin potentiella energi, accelereras av jordens konservativa gravitationskraft. Källans botten är närmast jordens centrum, lägsta möjliga höjd och därmed den lägsta gravitationen potential.
På samma sätt gäller detta för elektriska laddningar. Den lägsta elektriska potentialen är placeringen av minimal potentiell energi för positiva laddningar *, och partiklar i ett konservativt fält flyttar till platsen för lägsta potentiella energi. till den positionen har du ström enligt Ohms lag.
* För negativa laddningar är den lägsta potentiella energin vid den högsta elektriska potentialen. Elektroner rör sig i riktning mot ökande elektrisk potential.
Kommentarer
- ” Bollen vill vara i sitt lägsta energiläge ” – ugh …
- @AlfredCentauri Vill du utarbeta? Jag vill vara mer exakt om du kan ge mer feedback – ” ugh ” isn ’ t mycket hjälpsam. Jag kunde istället säga att ” bollen flyttas för att minimera sin potentiella energi, dvs mot marktillståndet, där den är mest stabil. ” Det ’ är en svår punkt att uttrycka, för att inte tala om min ” konstnärlig ” användning av personifiering.
- zhutchens1, behöver jag verkligen utarbeta? Är det bästa svaret, på nivå med allvarliga fysikstudenter, på frågan ” Varför rullar det inte [bollen] uppför backen ” verkligen att ’ bollen inte ’ t vill ’? Från din kommentar ser jag att du förmodligen inte tror ’. Handla i enlighet med detta.
- @ AlfredCentauri Tack. Jag redigerade mitt svar för att vara lite mer exakt. Även om jag kanske hävdar att en ” allvarlig fysikstudent ” kommer att hitta definitionen av elektrisk potential och dess enheter som grundläggande / grundläggande kunskap .
Svar
Här har vi en massa positivt laddade partiklar (färgade svart) och negativt laddade partiklar ( färgad vit):
Antag nu att vi släpper in en negativt laddad partikel vid punkt A. Det kommer att försöka flytta åt vänster, eftersom det lockas av alla de positiva laddningarna till vänster och avvisas av de negativa laddningarna till höger. (Det finns också en negativ laddning till vänster, men det är mer än balanserat av alla positiva.)
Antag att du vill flytta den partikeln från punkt A till punkt B. Då ” måste trycka mot all den elektriska kraften, så det tar lite energi att flytta laddningen från A till B.
Spänningen mellan punkterna A och B är mängden energi du behöver för det — det vill säga den mängd energi som krävs för att flytta din negativa laddning från A till B och övervinna de elektriska krafterna på vägen.
Antag att spänningen råkar vara, säg, 3. Ett sätt att uttrycka det är att säga att spänningen vid A är 1 och spänningen vid B är 4. Eller så kan du säga att spänningen vid A är 6 och spänningen vid B är 9. Eller att spänningen vid A är $ -2 $ och spänningen vid B är $ + 1 $. Du kan välja ett perfekt godtyckligt nummer att tilldela till punkt $ A $, så länge du tilldelar det numret plus 3 till punkt $ B $.
Så låt oss fortsätta och säga (godtyckligt) att spänning vid $ A $ är $ 2 $ och spänningen vid $ B $ är $ 5 $. Återigen, allt vi menar med detta är att det tar 3 enheter energi att flytta en laddningsenhet från $ A $ till $ B $.
Antag att det finns en annan punkt $ C $, och antar att det tar 7 enheter energi att flytta en laddningsenhet från $ A $ till $ C $. Det vill säga spänningen från $ A $ till $ C $ är $ 7 $. Eftersom vi redan bestämde oss för att anropa spänningen $ 2 $ vid punkten $ A $, måste vi kalla den $ 9 $ vid punkten $ C $.
Nu: Hur mycket energi krävs för att flytta en enhet av debitera från $ B $ till $ C $? Tja, numret vi tilldelade $ B $ — spänningen vid $ B $ — är $ 5 $. Och spänningen vid $ C $ är $ 9 $. Därför förutspår vi att det tar $ 9-5 = 4 $ energienheter att flytta en laddningsenhet från $ B $ till $ C $. Och det visar sig, empiriskt, att om du gör förutsägelser på det här sättet, har du alltid rätt.
Så sammanfattningsvis: Spänningen mellan $ A $ och $ B $ är den energi som behövs för att flytta en enhetsavgift från $ A $ till $ B $. Spänningen vid $ A $ är vilket nummer du helst vill kompensera — du kan kalla det $ 2 $ eller $ – 100 $ eller 3,14159 $. När du väl har gjort det numret är spänningen vid $ B $ eller $ C $ eller $ D $ minus spänningen på $ A $ den energi som behövs för att flytta en enhetsavgift från $ A $ till $ B $ eller $ C $ eller $ D $.Och — mirakulöst nog — när du tilldelat nummer på det här sättet kan du också använda dem för att räkna ut hur mycket energi som krävs för att flytta en enhetsavgift från $ B $ till $ C $ eller från $ B $ till $ D $ eller från $ D $ till $ C $, bara genom att ta skillnader.
Svar
Om du inte gillar trycket analogi, antar jag att du inte gillar den här bilden: Kan någon intuitivt förklara för mig Ohm ’ s lag? . Men det är värt ett försök att titta.
Bortsett från det är spänningen $ V $ (med enheten volt $ \ mathrm V $) bara energi per laddning, vilket betyder Joule per Coulomb :
$$ \ mathrm {[V] = \ left [\ frac JC \ right]} $$
Med andra ord är spänningen den mängd energi ( potentiell elektrisk energi som den kallas) lagrad vid en punkt i kretsen per enhet av laddning .
Om en punkt i kretsen lagrar mer av denna energi än en annan, kommer laddningarna att gå mot den andra punkten. Laddning kommer alltid att vara på en plats med lägsta möjliga energi.
- Precis som en fjäder, som kan lagra energi när den sträcks, vilket alltid kommer att försöka återvända till den är osträckt -energi).
Och detta är därför människor använder ”vattentryck” -analogin. Eftersom skillnaden i energi mellan två poäng är det som får laddningen att flytta från en punkt till en annan – som om det finns ett större ”tryck” på dem vid en punkt ”som trycker” dem till den andra punkten.
Mer djup
Anledningen är att potentiell elektrisk energi ”lagras” när fler laddningar (av samma tecken) samlas.
- En elektron ensam orsakar ingen potentiell energi,
- men lägg till två elektroner till samma punkt i kretsen, och de kommer att stöta ifrån varandra. Som en fjäder som är komprimerad. Om du släpper dem går de bort från varandra .
Denna ”lagrade energi” härrör från det faktum att de stöter varandra ifrån varandra d har närliggande fläckar i kretsen där de avvisas mindre från – så de kommer naturligtvis att flytta dit. Detta kommer att minska detta systems potentiella energi – att nå en konfiguration av lägsta energi är av detta skäl målet för alla potentiella energisystem.
Så, totalt sett är volt helt enkelt energin per laddning vid en punkt, och den kan jämföras med andra punkter i kretsen så vi vet om laddning vill flytta dit eller inte.
Kommentarer
- Observera att begreppet spänning är oberoende av begreppet krets och ström som strömmar genom en krets.