Woher „kennt“ die Elektrizität das Verhältnis des Widerstands in einem Spannungsteiler?

Es fällt mir schwer, mir vorzustellen, was / wie in einem Spannungsteiler-Setup funktioniert. Ich habe ein paar andere Fragen / Erklärungen gelesen, in denen der Antwortende gesagt hat, er solle "nicht über Wasser nachdenken", aber es ist bis zu einem gewissen Grad schwierig, dies nicht zu tun.

Was ich nicht verstehe, ist, wie sich die Elektrizität nach dem ERSTEN Widerstand ändert / anpasst, basierend auf dem Verhältnis zwischen ihm und dem ZWEITEN Widerstand? Ich weiß, dass es im Bereich der "Drücke" und Rohre zu tun hat, aber wenn Sie einen Widerstand weiter oben in der Strömungskette haben, wie ist es konzeptionell wichtig, wie hoch der Widerstand weiter unten im Rohr ist?

Und außerhalb von Spannungsteilern treten (aber immer noch im Bereich der Frage des Spannungsabfalls und der Spannungsverhältnisse) - wie / warum fällt die gesamte Spannung über einen Widerstand in einer Ein-Widerstands-Schaltung ab, aber mit 2+ Widerständen / Lasten, die Elektronen "wissen", dass die Spannung irgendwie proportional abfällt? (Offensichtlich weiß ich, dass die Elektronen dies nicht bewusst herausarbeiten und Entscheidungen treffen). Warum ist ein Spannungsabfall über einem statischen Widerstand / einer statischen Last nicht statisch? Warum hängt es von den anderen Widerständen / Lasten in der Schaltung ab?

(Ich habe nichts gegen technische Probleme, aber wenn möglich, fügen Sie bitte zumindest eine Art visuelle Konzeption oder Demonstration hinzu, wenn Sie dürfen! :) Danke!

Machen wir noch ein Gedankenexperiment:

Stellen Sie sich vor, wir verkürzen die Verbindung zwischen den beiden Widerständen allmählich, bis sie unendlich klein ist. Jetzt haben Sie effektiv einen Widerstand mit dem Teilerpunkt irgendwo in der Mitte. Ein Ende dieses Widerstands ist mit der Versorgungsspannung verbunden, sagen wir 5 Volt. Das andere Ende ist mit Masse verbunden, die wir 0 Volt nennen, weil wir sie als Referenzpunkt für unsere Spannungsmessung verwenden.

Stellen Sie sich erneut vor, wir bewegen den Teilerpunkt allmählich nach oben zum 5-V-Ende oder nach unten zum 0-V-Ende. An welcher Stelle entlang dieses kombinierten Widerstands würden Sie erwarten, dass die gemessene Spannung von 5 Volt auf 0 Volt abfällt?

Ist klar, dass die Spannung an einem Punkt keine Stufenänderung aufweist, sondern proportional zum Anteil des Widerstands unterhalb des Teilerpunkts ist? Der Spannungsabfall ist entlang der Länge des kombinierten Widerstands linear .

Stellen Sie sich nun vor, wir stellen nach und nach die Länge dieser Verbindung wieder her, die wir in der ersten Visualisierung gedehnt haben. Und stellen Sie sich vor, dass die Verbindung selbst keinen Widerstand hat - Null. (Es ist nicht ganz Null, aber es ist so nah, dass wir es ignorieren können). Ist klar, dass die Spannung an beiden Enden der Verbindung nicht anders ist, wenn Sie sie wieder ausdehnen?

Die Gesamtspannung fällt linear über den Gesamtwiderstand ab , und der Teilerpunkt "tastet" diese Spannung an einem bestimmten Teil der Gesamtspannung ab.

Der Strom "kümmert" sich nicht oder "weiß" nicht, ob er durch viele einzelne oder einen kontinuierlichen Widerstand fließt. Die Spannung fällt kontinuierlich entlang jedes Abschnitts des Widerstandspfades ab. Die "Null-Widerstand" -Anschlüsse spielen einfach keine Rolle .

$\Omega$$\Omega$$\Omega$

$I = \dfrac{V}{R} = \dfrac{3V}{3k\Omega} = 1mA$

$\Omega$

$V = I \cdot R = 1mA \cdot 1k\Omega = 1V$

$\Omega$$\Omega$$\Omega$

Was ist falsch daran, an die Wasseranalogie zu denken? Wenn eine Pumpe Wasser durch eine Kapillare drückt, sieht das Manometer unten den vollen Druck am Punkt X, aber ungefähr die Hälfte des Drucks am Punkt Y. Das Wasser 'weiß' nicht, bei welchem ​​Druck es sein soll, es stößt nur auf weniger Widerstand während es die Kapillare hinunter wandert und der Druck proportional abnimmt.

(Auf diese Weise steuert übrigens das Bypassventil in einer Haushaltszentralheizung die Durchflussmenge durch die Heizkörper).

Das Bild ist folgendes: Die Elektronen werden durch eine Kraft mitgeschoben. Die Gesamtkraft (Versorgungsspannung) wird auf die Widerstandsmenge in jedem Teil der Spur aufgeteilt. Der Elektronenfluss gleicht sich so aus, dass sich die Summe aller Spannungen an allen Elementen zur Versorgungsspannung addiert.

Erklärung: Strom ist im Grunde "alle Elektronen im Draht, die sich langsam in eine Richtung bewegen". Stellen Sie sich ein paar Kugeln in einem Schlauch vor. Man muss die andere Seite verlassen, wenn man eine auf der Seite drückt.

Um sie in Bewegung zu bringen, müssen Sie eine Kraft ausüben. Dies ist eine elektrische Kraft, bei der ein elektrisches Feld (im Grunde genommen eine Spannung) auf geladene Dinge wirkt, in unserem Fall auf die Elektronen.

Um sie schneller zu bewegen, müssen Sie mehr Kraft ausüben. (oder besser gesagt, die gleiche Kraft öfter)

Wie viel Kraft im Verhältnis zur Geschwindigkeit / zum Strom benötigt wird, hängt vom Widerstand des Pfades ab.

Alle Elektronen im Pfad bewegen sich entlang. Das heißt, alle Elektronen in der Stromquelle, Drähte und Widerstände bewegen sich mehr oder weniger im Einklang.

Jetzt bewegen sich die Elektronen. Für jeden infinitesimalen Teil des Pfades gibt es einen Widerstand, der bestimmt, wie groß eine Spannung sein muss, damit sich die Elektronen bewegen. Sie bewegen sich, weil es eine Strömung gibt. Sie sind dazu gezwungen.

Die Spannungen jedes Teils des Pfades addieren sich zur Gesamtspannung.

Es geht nur um Ohmsches Gesetz .

Eine Spannung über den beiden Widerständen erzeugt einen Strom, der in beide fließt. Dieser Strom ist für alle Widerstände gleich, wenn sie in Reihe geschaltet sind, und wird durch das Ohmsche Gesetz gegeben.

An jedem Widerstand induziert der fließende Strom einen Spannungsabfall, der wiederum durch das Gesetz von Herrn O gegeben ist.

Sie können die Mathematik überall finden, aber verstehen Sie zuerst, wie ein Widerstand funktioniert. Da es sich um ein missbrauchtes Thema handelt, würde ich Ihnen lieber empfehlen, ein Wiki über den Widerstand und das Ohmsche Gesetz zu lesen . Sobald Sie beide verstanden haben, wird der Spannungsteiler magisch klar.

Wie auch immer:

Woher „kennt“ die Elektrizität das Verhältnis des Widerstands in einem Spannungsteiler?

Woher weißt du, dass du mit einer bestimmten Geschwindigkeit fällst, wenn du von einer Brücke springst? Es liegt nur an der Physik.

Zunächst einmal ist die Ansicht mit einem Widerstand. Wir werden dies mit einem Autobatterie-Setup betrachten und sagen, wir haben eine negative Masse und eine +12 V-Spannung.

In unserer ersten Schaltung bewegen wir 12 Volt über 12 Ohm Widerstand und 1 Ampere für 12 Watt über unsere Last. Das ist alles, was sich dorthin bewegen kann. Der relative Unterschied zwischen Liefer- und Empfangsende ist gleich.

Sie können dies auch als +6 V heiße und -6 V Masse betrachten und die Schaltung würde genau gleich funktionieren. Wenn Sie Ihre Versorgung erhöhen (heiß) oder Ihre Spüle senken (Masse), entsteht ein Potentialunterschied (Spannung).

Ändern wir nun unsere Last: zwei Widerstände mit jeweils 6 Ohm. Unser Gesamtwiderstand beträgt jetzt wieder 12 Ohm, also ziehen wir immer noch 1 Ampere. Jede Ladung verbraucht jetzt die Hälfte davon: 6 Watt. Um 6 Watt an einem 6-Ohm-Widerstand mit 1 Ampere Leistung zu verbrauchen, müssen Sie 6 Volt verlieren. Denken Sie daran, dass der Strom in einem Stromkreis überall dort konstant bleibt, wo Sie ihn messen. Deshalb ist eine Sicherung überall in einer Reihenschaltung wirksam. Denken Sie daran, dass die Stromstärke im Wesentlichen der Durchfluss (Gallonen pro Minute) ist und die abgeleitete Leistung eine Kombination aus Durchfluss und Druck (Spannung) ist. Somit ist Spannung * Stromstärke == Watt (Antriebsleistung).

Das ist also der elektrische Teil. Um eine Wasseranalogie zu verwenden, muss man sich das Sanitärsystem etwas anders vorstellen. Die "Senke", in die das Wasser jetzt fließt, muss als unter Druck stehend angesehen werden, wodurch ein gewisser Gegendruck entsteht. Die Lasten sind Turbinen im Rohr. Wenn unser Vorrat 100 psi und unsere Spüle 50 psi beträgt, werden wir fließen.

Die Druckdifferenz zwischen zwei Punkten auf dem Rohr, die nach der Last liegt, wird vernachlässigbar gering sein. Es wird immer noch Druck gegen die Außenwelt haben, aber der relative Druck, wenn er gegen unseren 50-psi-Spültank bezogen wird, wird sehr niedrig sein. Das Hinzufügen eines Splits mit vielen Rohren nach der letzten Ladung ändert nichts daran.

Wenn wir vor der ersten Ladung ein Rohr einsetzen und es nach der letzten Ladung anschließen, sehen wir 100 psi darauf ... oder 50 psi relativ zu unseren beiden Tanks. Wenn wir in der Mitte dieser beiden gleichen Turbinen auf unsere Spüle tippen, sehen wir einen Druck von 25 psi. Das Wasser musste etwas Energie verbrauchen, um durch die erste Turbine zu gelangen.

Solange wir genug Druck (Spannung) haben, um eine Turbine zu drehen (eine Last anzutreiben), werden wir einen Abfall über dieser Turbine sehen, der der Druckdifferenz auf beiden Seiten entspricht. Wenn wir dort mehrere Turbinen einsetzen, sehen wir einen Druckabfall, der proportional zum Aufwand ist, der zum Drehen der Turbine erforderlich ist.

Denken Sie daran, dass sich Spannung und Druck beide auf die relative Referenz beziehen. Immerhin werden 0 psi am Boden normalerweise relativ gemessen und betragen tatsächlich 14,7 psi (absolut). Stellen Sie sich also für eine Sekunde vor, Ihr Versorgungskreis ist +24 V heiß auf +12 V Masse, und dies ist möglicherweise sinnvoller, da Sie einen gewissen Gegendruck in Ihrem Kopf sichtbar machen und sich wirklich auf die Tatsache konzentrieren, dass der relative Druck der Antrieb ist Punkt.

Wir erzeugen mehr Strom aus unseren Turbinen, indem wir größere Rohre und größere Turbinen mit demselben Druck verwenden, oder wir können den Druck auf die aktuellen Rohre erhöhen. Der Druckabfall an unseren Turbinen bleibt jedoch immer proportional, solange Wasser fließen kann.

Es ist alles im elektrischen Feld. Wenn wir also einen Stromkreis mit zwei Widerständen haben und eine Batterie anschließen, erscheint ein elektrisches Feld, das durch die beiden Widerstände von einem Ende der Batterie zum anderen Ende geht. Dies ist der Teil, der sich mit Lichtgeschwindigkeit (im Material) bewegt. Dieses Feld wird durch das Material des Drahtes und des Widerstands sowie durch die Breite des Pfades usw. beeinflusst. Daher wird die Stärke des Feldes an verschiedenen Punkten alle durch den Widerstand gesteuert. Die Elektronen im Material reagieren dann auf das Feld. Die Geschwindigkeit, mit der sie sich bewegen, wird durch die Stärke des Feldes gesteuert, und dies wird durch die Werte der Widerstände festgelegt. Die Elektronen bewegen sich also mit der vorhergesagten Geschwindigkeit, weil das Feld, das sie steuert, selbst von den Widerständen gesteuert wird.

Hoffe das ist was du gesucht hast,

Ich denke auch gerne in einer Wasseranalogie darüber nach, aber in einer einfacheren. Es funktioniert so:

Stellen Sie sich ein Rohr vor, bei dem die Durchmesser verschiedener Abschnitte unterschiedlich sind. Je größer der Durchmesser, desto mehr Wasser kann fließen. Widerstände mit höherem Wert funktionieren wie Rohre mit kleinerem Durchmesser und lassen weniger Wasser fließen.

Angenommen, Sie haben 2 Widerstände: 1k und 2k. Das "Rohr" mit 2k Widerstand ist ungefähr halb so groß wie das "Rohr" mit 1k Widerstand. Wenn Sie eine schöne Flucht für Wasser zwischen ihnen (dh die geteilte Spannungsleitung) bereitstellen, wird viel Wasser durchfließen, aber nicht alles. Ein Teil des Wassers fließt immer noch durch das 1k "Rohr", da darin Platz ist, wenn es leer ist. Wie viel? Etwa 1/3 des Wassers kann das 1k-Rohr in der gleichen Zeit verwenden, in der 2/3 durch das Spannungsteilungsrohr entweichen. In Bezug auf das Potenzial haben Sie also ungefähr 2 / 3V, die durch den Teiler gehen. Es hängt alles davon ab, wie viel Wasser (aufgrund des ersten Widerstands) eindringt und wie viel Wasser (aufgrund des zweiten Widerstands) auf den Boden gelangen kann.

Es wird ohnehin an beiden Enden das volle Potenzial haben, denn das ist obligatorisch, aber in der Mitte haben Sie das Potenzial, das durch diese Route entkommen konnte, die viel verlockender war als die andere Route.

Ich bin mir nicht sicher, ob die Analogie 100% genau ist, aber dies ist ein mentales Modell ... es muss nicht wirklich genau sein, nur ausdrucksstark :)