wie der Widerstand den Strom durch den Stromkreis begrenzt, wenn nur ein Teil des Gleichstroms durch ihn fließt. Diagramm unten

Mir ist klar, dass der Widerstand ein physikalisches Hindernis für den Durchlassstrom darstellt. Ich weiß nicht genau, wie er funktioniert, und ich werde versuchen zu zeigen, was mich an dem Diagramm wirklich interessiert hat.

Außerdem wollte ich eigentlich fragen, wie der Widerstand den Strom über den Stromkreis begrenzt, wenn nur ein Teil des Gleichstroms durch ihn fließt. Diagramm unten.

Wie der Widerstand die andere Seite des Kabels beeinflusst. Wie der Widerstand den Strom begrenzt und auf der anderen Seite des Drahtes, wenn die Elektronen seinen Widerstand nicht passieren.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ein Widerstand entzieht den Ladungsträgern, die ihn passieren, Energie . Für jede Ladungseinheit - mit anderen Worten eine bestimmte Anzahl von Elektronen * -, die den Widerstand passiert, wird eine bestimmte Energiemenge von elektrischer Energie in Wärme umgewandelt. Die Energiemenge ist proportional dazu, wie schnell die Ladung fließt (der Strom) und zum Widerstand des Widerstands$Q$ ist die Ladungsmenge:

$\Delta E = QIR$

Wenn Sie überlegen, wie viel Energie pro Zeiteinheit (dh Leistung) entfernt wird, wird dies

$\Delta E/t = (Q/t)IR$

oder mit anderen Worten

$P = I^2R$

Wir nennen die Energie pro Ladungseinheit "Spannung". Wenn wir also zur ersten Formel zurückkehren und durch die Ladungsmenge dividieren, erhalten wir

$\Delta E/Q = QIR/Q$

dh der vertraute Ausdruck des Ohmschen Gesetzes,

$V = IR$

Das zeigt Ihnen, dass, wenn Strom entlang eines Leiters fließt, wir zunehmen $R$ des Leiters - zum Beispiel durch Einsetzen eines Widerstands in die Schaltung - entweder $V$ muss zunehmen (wir müssen den Elektronen jeweils mehr Energie geben, um den Verlust im Widerstand auszugleichen) oder $I$ verringert sich (die gleiche Energiemenge pro Elektron kann sie nicht so schnell durch den Widerstand des Stromkreises "drücken").

(* Ladungsträger sind natürlich nicht genau dasselbe wie Elektronen , aber ich bin der Meinung, dass die Vereinfachung für die Zwecke dieser Erklärung zulässig ist.)

Ein Widerstand "reduziert den Strom nicht direkt". Das ist kein gutes mentales Modell.

Ein Widerstand entwickelt an ihm eine Spannung proportional zum Strom durch ihn. Die Proportionalitätskonstante ist der Widerstand. Darum geht es in Ohms Gesetz. In gemeinsamen Einheiten:

    V = A Ω

Dabei ist A der Strom durch den Widerstand bei Ampere, Ω der Widerstand in Ohm und V die EMF über dem Widerstand in Volt.

Abhängig von der Schaltung kann der Spannungsabfall über dem Widerstand die Spannung an anderen Teilen der Schaltung verringern, was wiederum den Strom verringern kann, den die Gesamtschaltung zieht. Es kann daher manchmal vorkommen, dass ein Widerstand "den Strom reduziert". Auch dies ist jedoch ein schlechtes mentales Modell, das Sie nur in Schwierigkeiten bringt und die reale Physik verdeckt.

Elektronen bewegen sich ähnlich genug wie Wasser in einem Rohr, um eine Analogie zu ziehen.

Wenn ein Rohr an einem Punkt entlang seiner Länge eine Einschränkung aufweist, bestimmt diese Einschränkung den Wasserfluss. Wenn die Wasserdurchflussrate auf einen Milliliter pro Sekunde beschränkt wird, leiten alle Rohrabschnitte Wasser an einem Punkt Milliliter pro Sekunde.

Der Strom fließt als eine lange Kette, nicht als einzelne Elektronen.

Wenn Sie eine Kette haben, die von einer Riemenscheibe angetrieben wird und an einem Punkt der Kette Reibung erzeugt, verlangsamt sich die gesamte Kette nicht nur an der Stelle, an der Sie sie greifen.

Sie können sich das auch als 10 Personen in einer langen Reihe vorstellen, die Eimer passieren, die mit einem Seil zusammengebunden sind. Wenn einer der Leute alt und langsam ist, spielt es keine Rolle, dass die anderen neun Athleten sind, die Eimer können nur so schnell gehen, wie der alte Mann es schafft.

Sie müssen sich zwei Teile der grundlegenden Elektrostatik merken:

• Elektronen stoßen sich gegenseitig ab
• Elektronen werden von Atomkernen angezogen

Und diese beiden Effekte sind sehr stark. Daher neigen Leiter dazu, die Anzahl der Elektronen gegenüber den Protonen sehr schnell ins Gleichgewicht zu bringen und sie so gleichmäßig wie möglich entlang des Leiters zu verteilen.

Elektronen können sich also nicht "sofort zur Batterie bewegen": Dies würde zu einem Ladungsungleichgewicht führen. Elektronen verhalten sich wie eine Fahrradkette in einem Stromkreis. Die gesamte Kette muss sich mit der gleichen Geschwindigkeit bewegen, sie kann sich nicht stapeln oder ausdehnen. Wenn Sie jedoch eine Kraft auf einen Teil der Kette ausüben, wird diese auf die gesamte Kette übertragen.

Denk darüber so. Damit zwischen zwei Punkten eine Potentialdifferenz besteht, muss zwischen ihnen ein elektrisches Feld vorhanden sein. Betrachten Sie also die Schaltung, die Sie in der Frage gezeigt haben.
Angenommen, Sie schließen Ihre Batterie bei t = 0 an, die Drähte haben idealerweise einen Widerstand von Null und es gibt keinen Potentialabfall über den Drähten. Dies ist eine andere Art zu sagen, dass sie sehr wenig elektrisches Feld benötigen, um die Elektronen über sie zu treiben. Sobald Sie die Batterie anschließen, driften die Elektronen vom Minuspol weg und die Elektronen auf der anderen Seite des Kabels bewegen sich zum Pluspol.
So weit so gut, aber wie haben wir einen Potentialunterschied zwischen den Enden des Widerstands? Das bedeutet einfach, dass wir ein "starkes" Feld haben müssen, wobei stark relativ zum Feld innerhalb der Drähte ist (das wie erläutert idealerweise Null ist). Woher würde dieses Feld kommen? Und die Antwort kommt von den Elektronen selbst.
Wenn Elektronen vom Minuspol der Batterie wegdriften, erreichen sie den am Ende des Drahtes angeschlossenen Widerstand. Der Widerstand hat jedoch viele schwingende Atome (Wärmeenergie), die mit den einfallenden Elektronen kollidieren und sie daran hindern, sich über sich selbst zu bewegen. Infolgedessen beginnen sich die Elektronen nahe dem Widerstandsende anzusammeln, das mit dem Minuspol der Batterie verbunden ist. Dasselbe passiert am anderen Ende am positiven Anschluss, wo sich Elektronen in die Batterie bewegen und am anderen Ende des Widerstands eine positive Ladung hinterlassen.
Wir haben also eine positive Ladung und eine negative Ladung, die sich an den Enden des Widerstands ansammelt. Dies führt zu dem "elektrischen Feld", das wir gesucht haben. Die Ladungen sammeln sich an, bis das elektrische Feld stark genug ist, um die Elektronen von einem Ende des Widerstands zum anderen zu bewegen, und die Akkumulation stoppt an diesem Punkt.
Die Menge des elektrischen Feldes hängt von der Art des Materials des Widerstands ab. Tatsächlich hängt es von seinem spezifischen Widerstand ab, von dem Sie vielleicht wissen, dass er wie folgt zusammenhängt:

Ich finde es einfacher, nicht zu tief in die Physik einzutauchen ...

Wie jemand anderes sagte, sind Elektronen, die um einen Kreislauf fließen, nicht anders als Wassermoleküle, die durch ein Rohr fließen.

Die Spannung ist dem Druck sehr ähnlich. Stellen Sie sich einen Eimer Wasser mit einem Schlauch vor, der 1 Meter hoch hängt. Es gibt einen Druck, der nur durch die Höhe bestimmt wird. Wenn wir es wirklich in Bodennähe messen - auch wenn der Schlauch festgeklemmt ist - ist es einfach eine Zahl (das ist nur die Dichte mal die Höhe).

Wenn es sich bei dem Schlauch um einen Schlauch mit einem Durchmesser von 1 Zoll handelt und wir die Klemme lösen, fließt Wasser mit einer gewissen Geschwindigkeit aus dem Eimer durch ihn auf den Boden. Der Schlauch hat einen gewissen Widerstand (Reibung), und bei einem bestimmten Druck fließt eine feste Wassermenge (ein Strom, gemessen in Molekülen pro Sekunde) pro Sekunde ab.

Stellen Sie sich nun vor, Sie kneifen den Schlauch. Der Druck ist der gleiche, aber es gibt mehr Widerstand: Somit gibt es weniger Durchfluss pro Sekunde.

Strom ist ziemlich ähnlich. Elektrisch ist Druck "Spannung" und Durchfluss "Strom" - genau wie der Strom in einem Fluss (daher kommt der Begriff). Strom ist die Anzahl der Elektronen pro Sekunde, die, wenn Sie so wollen, durch den Schlauch (oder "Stromkreis") gehen. SO gibt es für einen gegebenen Druck mit weniger Widerstand mehr Strom.

Alle Elektronen, die fließen, müssen durch den Widerstand fließen, genau wie alles Wasser, das fließt, muss durch den Schlauch fließen - ob weit offen oder eingeklemmt. Aber wenn wir über Strom sprechen, kümmern wir uns um die Durchflussrate. Auf der einen Seite gibt es keinen Satz von Molekülen (oder Elektronen) und auf der anderen keinen Satz. Ja, zu jedem Zeitpunkt befinden sich genau wie zu jedem Zeitpunkt einige der Wassermoleküle im Eimer, einige über der Prise im Schlauch und einige auf dem Boden, die bereits geflossen sind. Wir interessieren uns jedoch für Durchflussraten (Elektronen pro Sekunde), nicht für eine Momentaufnahme.

Ich finde, es ist tatsächlich einfacher, sich das so vorzustellen, wie es Schaltungsentwickler tun: Es gibt eine Versorgungsspannung und eine Erdung, auf die der gesamte Strom fließen soll, genauso wie das gesamte Wasser bergab fließen möchte, und dazwischen. (Warnung: Normalerweise nennen wir diese Spannung positiv, um genau zu sein, fließen Elektronen rückwärts - aber das ist nur eine Konvention.)

Stellen Sie sich jetzt die gleichen Fragen, die Sie gestellt hatten. Die Spannung (Druck) ist was es ist. Der Widerstand ist wie er ist (nenne es R). Per Definition wird die Menge an Elektronen, die pro Sekunde durch den Widerstand zur Erde fließen kann (der Strom I), für einen festen Druck (die Spannung E) durch eine sehr einfache Formel in Beziehung gesetzt:

 E = IR

Wenn also E = 9 V, R = 1 Ohm, dann ist der Strom I = 9 Ampere. Wenn jedoch E = 9 V und R = 9 Ohm ist, wird der Strom (I) auf 1 Ampere reduziert.

Wenn Sie verwirrt sind, stellen Sie sich vor, Elektronen bleiben im Widerstand stecken oder treten aus ihm aus. Wenn wir jedoch einen Schlauch abklemmen, bleibt kein Wasser stecken oder tritt an der Quetschung aus: Jedes Molekül geht schließlich durch; Die Geschwindigkeit, mit der es passiert, wird nur durch mehr Widerstand verlangsamt.