Ist Spannung ein Delta? Kann es immer als Potentialdifferenz von einem Referenzpunkt behandelt werden?

Ich habe Spannung immer als absolut angesehen, dh etwas, das da ist oder nicht da ist. Je mehr ich darüber nachdenke, desto mehr scheint es jedoch wie ein Delta zu sein.

Angenommen, wir haben eine Versorgung, deren Pins als (A) -50 V und (B) 0 V aufgeführt sind. Wenn wir Pin (A) als "Masse" behandeln, dh als ob es 0 V wäre, können wir Pin (B) als + 50 V behandeln?

Ein anderes Beispiel könnte sein, dass Pin (A) +10 V und Pin B + 25V beträgt, sodass die Potentialdifferenz +15 V beträgt. Können wir das genauso behandeln, als ob es 0 V und + 15 V wären?

Sie verwenden / messen immer die Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten.

Es gibt keinen absoluten Nullpunkt in der Spannung (wie bei der Temperatur), obwohl es üblich ist, Erde als 0 V zu definieren. Dies ist nicht unbedingt erforderlich, Sie können jedes Potenzial als Referenz verwenden.

In der Praxis ist die Spannung ein Maß für die Differenz zwischen zwei Punkten. Sie können sich das nur so vorstellen und ein sehr guter Ingenieur sein. Wie Sie zweifellos wissen, ist es mit einem Voltmeter einfach, die Differenz zwischen zwei Punkten zu messen. Dieses Ding, das Sie messen, wird normalerweise als Spannung bezeichnet, aber besser als elektrische Potentialdifferenz .

Es gibt jedoch eine Sache, die in Volt gemessen werden kann, die nur an einem Punkt definiert ist, und das ist das elektrische Feldpotential . Um es zu verstehen, müssen Sie das Gebiet der Technik verlassen und das Gebiet der Physik betreten (kein Wortspiel beabsichtigt).

Angenommen, Sie haben ein Elektron (negative Ladung) und ein Proton (positive Ladung). Natürlich werden sich diese beiden anziehen, und (soweit ich das verstehe; ich bin kein Physiker!) Hält dies die Elektronen an ihren Atomkernen fest.

Aber wenn Sie diese beiden auseinander ziehen können, erhalten Sie ein Feld zwischen ihnen. Sie können es sich folgendermaßen vorstellen:

( Bildquelle )

Diese Linien stellen die Kraft (in unserem Fall die elektromotorische Kraft ) dar, die eine Ladung erfahren würde, wenn sie sich auf diesem Gebiet befinden würde. Das heißt, wenn Sie in diesem Bild eine unendlich kleine Ladung wären, würden Sie eine Kraft spüren, die Sie in Richtung der Pfeile drückt. Sie können sich vorstellen, dass das Proton eine unsichtbare Flüssigkeit ausspuckt und das Elektron sie ansaugt. Diese unsichtbare Flüssigkeit wirkt auf andere Ladungen wie Wind.

Hier ist eine andere Möglichkeit, dasselbe Feld zu visualisieren. Das Proton ist ein Berg und das Elektron ist ein Tal:

( Bildquelle )

Wenn Sie ein Ball auf diesem Feld sind, wird die Schwerkraft auf Sie wirken und Sie werden bergab rollen. Außer, dass dies kein Schwerefeld ist, also besteht unser "Ball" aus "Ladung", nicht aus Masse. Wenn Sie diesem Bild eine Gebühr hinzufügen, ändert sich natürlich das Feld. Dies gilt auch für Schwerefelder, außer dass die Erde so viel massereicher ist als der Ball, den Sie sich vorstellen, dass seine Wirkung vernachlässigbar ist. Stellen Sie sich also vor, Ihr Ladeball, der in diesem Feld herumrollt, ist infinitesimal.

Eines werden Sie an diesem Feld bemerken: Wenn wir es bis ins Unendliche ausdehnen, wird es flach. Das elektrische Feldpotential an diesem unendlich entfernten Ort ist$0V$, per Definition.

Wenn wir aus unendlich großer Entfernung einen Ball auf den Berg legen wollen, müssen wir arbeiten . Wie viel? Nun, es hängt von zwei Dingen ab: wie hoch wir es schieben wollen und wie groß der Ball ist. Ein großer Ball braucht mehr Arbeit. Ein höheres Drücken erfordert mehr Arbeit.

Eine Möglichkeit, das Volt zu definieren, sind Joule (Energie, Arbeit) pro Coulomb (Ladung):

Sie können sich das also so vorstellen: Wenn Sie einen Ladeball hatten, der 1 Coulomb groß war, und 1 Joule Arbeit geleistet haben, um ihn bergauf zu schieben, sind Sie ein Volt hoch. Oder wenn Sie einen 1-Coulomb-Ladeball haben und ihn bergab in das Elektron rollen lassen und ihn stoppen, nachdem 1 Joule Arbeit erledigt wurde, sind Sie bei -1 Volt. Wenn Ihr Ball 2 Coulomb groß war, wird die Arbeit verdoppelt, aber es ist immer noch nur 1 Volt.

Somit können Sie jeden Punkt in diesem Feld auswählen und sein elektrisches Potential erhalten. Es ist, wie viel Arbeit pro Ladeeinheit erledigt werden konnte oder wurde, um von unendlich weit dorthin zu gelangen. Bei unserer Hügel- und Talanalogie entspricht das elektrische Potential der Höhe.

Wenn Sie Ihre Sonden an zwei Punkten anbringen, stellen Sie die Frage:

Wenn ich einen Ladeball, der 1 Coulomb groß ist, zwischen diesen Punkten rollen lasse, wie viele Joule Arbeit werden daran ausgeführt?

Natürlich können wir nicht unendlich weit von allen Ladungen im Universum entfernt sein, also können wir das elektrische Feldpotential nicht direkt mit einem Multimeter messen. Wir können nur die elektrische Potentialdifferenz messen. Wir können jedoch das elektrische Feldpotential berechnen, wenn wir wissen, wo sich die Ladungen in einem System befinden.

Da wir nicht unendlich weit von allen Ladungen im Universum entfernt sind, gibt es notwendigerweise überall ein gewisses elektrisches Feldpotential. Aber wir können nicht nur mit Potenzial arbeiten. Wir brauchen einen Unterschied . Sie können mit einem Ball auf einem Berg nur arbeiten, wenn Sie ihn abrollen können.

Nach den ersten drei Sätzen im Wikipedia-Eintrag für Volt:

Ein einzelnes Volt ist definiert als die Differenz des elektrischen Potentials über einem Draht, wenn ein elektrischer Strom von einem Ampere ein Watt Leistung abführt. Es ist auch gleich der Potentialdifferenz zwischen zwei parallelen, unendlichen Ebenen, die 1 Meter voneinander entfernt sind und ein elektrisches Feld von 1 Newton pro Coulomb erzeugen. Zusätzlich ist es die Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten, die ein Joule Energie pro Coulomb Ladung durchlässt, das durch sie hindurchgeht.

3 Sätze. 3 mal wird das Wort "Differenz" verwendet.

Genau richtig. Die Spannung ist ein Maß für die elektrische Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten.