Ist es intuitiv richtig, sich Spannung als „Treibkraft“ vorzustellen?

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Meinem Verständnis nach

  1. Spannung ist eine elektromagnetische Kraft, die Strom erzeugt, indem sie auf ein Atom eine Kraft ausübt, die bewirkt, dass dieses Atom eines seiner Valenzelektronen auf das benachbarte Atom überträgt. Das Atom, das ein Valenzelektron verloren hat, wird zu einem positiv geladenen Ion und "stiehlt" dann ein Valenzelektron vom nachfolgenden Atom, um das Ladungsgleichgewicht wiederherzustellen. Dieser Effekt breitet sich im gesamten Schaltkreis aus.
  2. Spannung und Strom stehen in direktem Zusammenhang. Je größer die Spannung / EMK, desto schneller springt das Valenzelektron eines Atoms zum nächsten = größere Strom- / Elektronenausbreitung

Angenommen, dies ist im Wesentlichen alles korrekt: Nehmen wir an, wir haben eine einfache Reihenschaltung mit einer 5-V-Versorgung und 2 gleichen Widerständen.

Die Spannung fällt im gesamten Stromkreis von 5 -> 0 ab, aber wie wir wissen, ist der Strom in einer Reihenschaltung der gleiche


Wenn man also intuitiv nur von Serienschaltungen spricht, kann man sich Spannung als eine „Treibkraft“ vorstellen oder nur als eine Kraft, die die Elektronen anfänglich „in Bewegung bringt“ und je nach Stärke die Geschwindigkeit festlegt, mit der sie „ Bewegung."

Wenn wir zum Beispiel eine Person haben, die einen Stein im Weltraum schleudert (Weltraum, damit die Geschwindigkeit des Felsens konstant ist), ist Spannung die Kraft, die anfänglich auf den Stein ausgeübt wird und die bestimmt, wie schnell sich der Stein durch den Weltraum bewegt Nachdem der Stein den Schleuderbeutel verlassen hatte, hatte diese Kraft nach diesem Zeitpunkt keine Wirkung mehr auf den Stein.

Oder ist Spannung eher eine „treibende Kraft“?

Ein Beispiel für das, was ich meine, wenn wir eine Person haben, die einen Felsbrocken auf eine flache Ebene drückt, wäre Spannung die Kraft, die auf den Felsbrocken ausgeübt wird. Wenn die Person aufhören würde zu schieben, würden sich die Boulder / Elektronen nicht mehr bewegen / ausbreiten.


Ich frage dies, weil die Spannung über den Stromkreis von 5 V auf 0 V abfällt, der Strom jedoch gleich bleibt. Es scheint also, als ob die einzige Aufgabe der Spannung darin besteht, die Geschwindigkeit des Stroms am Anfang des Stromkreises festzulegen. Danach wirkt der Strom jedoch unabhängig dieser Spannung.

Ietpt123
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Ihre aktuelle Analogie zur Geschwindigkeit ist falsch, da die Stromstärke eine Menge von etwas ist (Ladung). Die Spannung drückt also etwas gegen einen Widerstand, und die Höhe des Etwas wird durch den Druck und den Widerstand bestimmt.
User69795

Antworten:

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Es wäre falsch, sich Spannung als Treibmittel vorzustellen, Treibmittel beschleunigen und die meiste Zeit diffus. Treibmittel sind die meiste Zeit Gase.

Es ist richtig, sich Spannung als Druck und Elektronen als Flüssigkeit vorzustellen. Spannungsquellen sind wie Pumpen. Strom ist wie Fluss. Widerstände sind wie Einschränkungen. Das ist die beste physikalische Analogie einer Schaltung.

Spannungsspitze
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Wenn jedoch die Spannung im Stromkreis abnimmt, verlangsamt sich der Strom nicht. Wenn in einer Wasserpumpenanalogie der Wasserdruck über den Kreislauf abfällt, würde der Wasserfluss nicht über den Kreislauf abfallen und es würde weniger Druck herrschen, der ihn an jedem aufeinanderfolgenden Punkt eines Druckabfalls vorwärts treibt? @ VoltageSpike
Ietpt123
Widerstände vergessen, Widerstände sind wie Einschränkungen. Kondensatoren sind wie Membrantanks. Ich frage mich, wie Memristoren in der flüssigen Welt aussehen würden
Voltage Spike
@ lept123 Sie werden keine mechanischen Analoga finden, die Ihren Wünschen entsprechen, da dies nicht mechanisch ist. Sie werden immer ein Missverhältnis feststellen, wenn Sie tief genug graben. Irgendwann müssen Sie Analogien verwerfen und die Sache so behandeln, wie sie wirklich ist: sich selbst und sonst nichts.
DKNguyen
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Die treibende Kraft ist genauer, es gibt keine wirkliche Trägheit bei den Wahlen. Um sie in Bewegung zu halten, muss immer etwas auf der ganzen Linie drängen. Wie Sie sagten, gibt es die Valenzelektronenverschiebung, die die Elektronen am Ende des Stromkreises antreibt, damit sich alle weiterbewegen. Je mehr Spannungspotential vorhanden ist, desto größer sind die Hindernisse, die die kleinen Elektronen überwinden können !!

In Bezug auf die Beziehung zwischen Strom und Spannung klingt es so, als hätten Sie ein Henne-oder-Ei-Problem mit Ihrem Verständnis. Strom ist eine physikalische Eigenschaft, bei der eine Schaltung mit einer definierten Anzahl von Elektronen pro Sekunde durchflossen wird (Ampere = Coulombs / Sekunde). Basierend auf dem konstanten Stromfluss durch die Schaltung wird jeder Knoten zwischen den Widerständen auf eine bestimmte Spannung gebracht.

Wenn Sie beispielsweise zwei verschiedene Batterien haben und diese an einen beliebigen Stromkreis anschließen, drückt die Batterie mit der höheren Spannung stärker und treibt mehr Elektronen durch den Stromkreis. Anhand des Stroms können wir dann den Spannungsabfall über jedem Widerstand berechnen und die Knotenspannungen bestimmen.

ΩI=VR

V=IR

Dies ist intuitiv sinnvoll, da jeder Widerstand gleich ist, sodass die Spannung gleichmäßig über den Stromkreis verteilt wird. Mit denselben Schritten können Sie jeden Widerstandskreis analysieren, sofern Sie wissen, wie Sie den Ersatzwiderstand für Parallel- und Reihenkombinationen von Widerständen berechnen.

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab

Kent Altobelli
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Aber noch einmal, wie ich bereits zu der vorherigen Antwort sagte: Wie Sie sagten, gibt es keine wirkliche Trägheit, um die Elektronen in Bewegung zu halten, so dass der Strom stark von der Spannung abhängt. @ KentAltobelli
Ietpt123
Denn an diesem niedrigeren Spannungspunkt im Stromkreis ist jetzt weniger Widerstand zu überwinden. Das Analysieren eines Stromkreises mit Kirchoffs aktuellem Gesetz könnte dabei helfen, ihn zu relativieren, wenn Sie dies noch nie zuvor getan haben. Es ist von entscheidender Bedeutung, einen Schaltkreis als eine Gruppe von Knoten zu betrachten. Jeder Knoten kann eine andere Spannung aufweisen. Letztendlich hängt dies jedoch davon ab, wie groß die Spannungsquelle ist und wie groß der Gesamtwiderstand Ihres Schaltkreises ist. Dann klappt auf der Rennstrecke natürlich alles von alleine.
Kent Altobelli
Wenn wir eine Reihenschaltung mit zwei gleichen Widerständen nebeneinander hätten, würde der Druck von 5 V vor dem ersten auf 2,5 V zwischen dem zweiten und dem ersten abfallen. Wollen Sie also sagen, dass der Strom derselbe ist wie vor dem ersten? Widerstand, wie er zwischen den beiden Widerständen liegt, weil der natürliche Widerstand des Drahtes an diesem Punkt so niedrig ist, dass er die niedrigen 2,5 V ausgleicht, wodurch der Strom wieder auf den vor dem ersten Widerstand / irgendwo sonst im Stromkreis fließenden Strom gebracht wird?
Ietpt123
In der pädagogischen Schaltungsanalyse wird angenommen, dass die Drähte 0 Ohm sind. Ja, die Art und Weise, wie Sie darüber nachdenken, ist richtig und spiegelt wider, was das Ohmsche Gesetz über den Stromfluss durch zwei gleich große Widerstände mit den gleichen Spannungspotentialen sagt. Da Strom die physikalische Anzahl der Wahlen ist, die an einem bestimmten Punkt im Stromkreis vorbeifließen (Coulomb pro Sekunde), ist es auch nur eine physikalische Tatsache, dass sie gleich sind, da es keinen anderen Ort gibt, an dem die Wahlen stattfinden können, außer an einem Ende von die Schaltung zum anderen!
Kent Altobelli
Um die Schleife nach Ihrem Verständnis zu schließen: 1) Spannung ist eine elektromagnetische Kraft, die nicht nur auf ein Elektron wirkt , sondern auf einen Gradienten , der über den gesamten Stromkreis wirkt. 2) Ja, je größer die Spannung, desto mehr Wahlen breiten sich über einen bestimmten Widerstand aus . Hilft das?
Kent Altobelli