Wat is de fysieke betekenis van elektrisch potentieel, potentiaalverschil en spanning?

jimyy 10/16/2014. 4 answers, 4.670 views
potential definition voltage

Wanneer het lijkt op de elektriciteitsstroom door een draad naar mensen die door een straat lopen: electrons zijn mensen, current is het aantal mensen, resistance is de barrières op komst.

Maar wat is het elektrische potentieel in dit voorbeeld?

Wat is de fysieke betekenis van 2V-potentiaalverschil? En wat verandert er in de stroom van elektronen wanneer de potentiaal 1 of 2 V is?

4 Answers


Alfred Centauri 10/16/2014.

Ik zal dit een kans geven, hoewel ik niet zeker weet of dit de kwestie zal verhelderen of vertroebelen.

electrons are people,

OK

current is the number of people,

Nee, dat is niet de juiste analogie. Stroom is een flow en een mensen (elektron) stroom is een stroom van mensen (elektronen) en de amount stroom is het number (Coulombs) van mensen (elektronen) dat een vast punt in de straat (geleider) per seconde passeert.

resistance is the barriers on the way.

OK

Het loont om in gedachten te houden dat electrons repel each other . Dus om deze analogie te verbeteren, moeten we de mensen elkaar laten afweren.

Om dit eenvoudig te houden, laten we de mensen een bestand laten lopen en aannemen dat een persoon is vastgemaakt aan een veer die is bevestigd aan de persoon vooraan en ook is bevestigd aan een veer die is bevestigd aan de persoon achterin.

Dus, als iedereen op gelijke afstand van elkaar is geplaatst en gelijkmatig beweegt, is er geen netto kracht op een persoon.

Als er echter weerstand is (barrières, wrijving, enz.), Kan een persoon langzamer worden door een botsing met een barrière en dan een kracht voelen van de veer die wordt samengedrukt door de persoon achter en de veer die door de persoon wordt uitgestrekt voorkant.

Het is niet moeilijk om te zien, extrapolerend hiervan, dat terwijl de rij mensen de straat oploopt, de veren meer worden samengedrukt tussen de mensen aan het begin van de straat dan aan het einde van de straat.

Dit betekent dat de density van mensen daar groter is; de mensen zijn in het begin dichter bij elkaar dan aan het einde.

Dus de potentiële energy opgeslagen in de bronnen is groter aan het einde waar de mensen enter dan aan het einde waar de mensen uitkomen. Dit moet het geval zijn, omdat energie verloren gaat aan de barrières en wrijving terwijl de mensen de straat op gaan.

Houd er rekening mee dat de flow mensen steady ook al varieert de dichtheid van mensen van groter in het begin tot kleiner aan het einde van de straat.

Evenzo is, wanneer er een constante stroom door een weerstand is, de charge groter aan het ene uiteinde dan aan het andere, hoewel de ladingsstroom door de weerstand constant is.

Het is dit ladingsdichtheidsverschil dat aanleiding geeft tot de spanning (potentiaalverschil) over de weerstand.


Steeven 10/16/2014.

But what is potential in this example?

In uw people-in-the-street analogie, zou het electric potential een winkel zijn met verkoop aan het einde van de straat, of misschien een ongeluk of iets anders dat interessant is. Mensen neigen naar het interessante einde (minder potentieel) en weg van het andere en minder interessante einde (hoger potentieel). Net zoals een steen wil vallen en niet omhoog wil, omdat de punten up en down een ander potential .

Wat is de fysieke betekenis van 2V-potentiaalverschil?

De eenheid Volts is Joules/Coulomb , $ [\ mathrm {V}] = [\ frac {\ mathrm {J}} {\ mathrm {C}}] $. Onthoud dat $ \ mathrm {C} $ de charge . Dus we hebben het over energie per lading. En een hoger potentieel heeft meer energie per lading.

Nu, terug naar de mensen-in-de-straat-analogie. Als er plotseling een ongeluk gebeurt, dan beginnen mensen er plotseling naartoe te gaan, omdat het erg interessant is (minder potentieel). Misschien rennen ze erheen om er snel te geraken. Hoe dichterbij ze komen, hoe langzamer ze zullen bewegen aangezien ze er snel zijn en ze kunnen al meer en meer zien.

Als u een politiebeambte of bewaker bent van een winkel of iemand anders die mensen tegenhoudt, hoe verder ze zich van de interessante plek bevinden, hoe meer ze willen bewegen - hoe meer ze duwen of hoe meer ze lopen. En hier is het erg moeilijk om ze tegen te houden.

Als je veel dichter bij het interessante punt op straat bent, kunnen mensen al zien wat er gebeurt en ze duwen minder.

Net als bij een rockconcert, als de luidsprekers slecht zijn, duwen de mensen die verder weg zijn de menigte aan om dichterbij te komen. Als ze dichterbij komen, kunnen ze de muziek steeds beter horen en geleidelijk stoppen met duwen.

Het is alsof hun energie, waarmee ze proberen te bewegen, lager en lager wordt naarmate ze dichterbij komen. De energie per persoon (dus de energy per charge ) neemt af naarmate ze het lagere potentieel bereiken.

Geeft dat zin?

En wat verandert er in de stroom van elektronen wanneer de potentiaal 1 of 2 V is?

$ 1 $ of $ 2 \ mathrm {V} $ is slechts een indicatie van hoeveel het potentieel op een bepaald moment op straat is. Als de gebruikelijke situatie (de straat op alle punten voordat het ongeluk gebeurt) $ 0 \ mathrm {V} $ is, dan heeft het ongeval plotseling een potentieel verschil dat mensen in die richting gaat dragging .

Als er op verschillende plekken op straat tegelijkertijd twee ongelukken gebeuren, dan is er misschien een omgevallen motorrijder ($ 1 \ mathrm {V} $) en een andere betreft een grote vrachtwagen met een tank met vloeibare stikstof die barst, terwijl een auto vangt vuur en mensen schreeuwen ($ 2 \ mathrm {V} $, het punt is dat dit interessanter is).

Ze zijn not even interessant, dus het verschil in potentiële $ 2 \ mathrm {V} -1 \ mathrm {V} = 1 \ mathrm {V} $ is naar het interessantere gebeuren. Als het lagere potentieelongeval niet gebeurde, zou de stroom mensen intenser en sneller zijn, maar sinds twee gebeurtenissen plaatsvonden, weten mensen niet precies waar ze heen willen. Ze zien echter wel dat het grotere ongeval interessanter is.

Als two tanks met vloeibare stikstof tegelijk op verschillende plaatsen worden opgeblazen (dus twee punten met hetzelfde potentieel) dan een arme kerel die toevallig in het midden zit, is hij zo in de war dat hij niet weet waar hij moet zijn Gaan! Dus hij staat daar gewoon en verandert van gedachten over en weer en beweegt nergens heen!

Deze analogie lijkt een samenleving te zijn van besluiteloze mensen ...


solid 10/16/2014.

Aangezien je vraag een beetje picturaal is, zal ik proberen dit bij te houden en diepere wiskundige / fysieke verklaringen te vermijden.

electrons are people

oké

current is the number of people

nee, dat is een vergissing. Eigenlijk actueel is dit geval het aantal mensen dat per keer een rij op straat passeert. Zoals Steeven al vermeld in een commentaar 2 Ampere (laten we aannemen dat 1 A 1 man is om het simpel te houden) betekent dat 2 jongens meer de lijn van links naar rechts overschrijden dan de overkant. Hoeveel mensen de straat oversteken in een richting wordt niet weergegeven met 2 Ampere.

resistance is the barriers on the way.

Daar ben ik ok mee.

But what is potential in this example?

Ik vergelijk het liever met een potentieel dat duidelijker is: een heuvelachtig gebied. Elektrisch potentieel is vergelijkbaar met potentieel in zwaartekracht. Dus in dat voorbeeld is het elektrische potentieel de weg naar beneden. Voor mensen die naar beneden gaan is geen energie nodig, ze verliezen zelfs potentiële energie. Mensen die op hetzelfde niveau op straat verblijven winnen en verliezen niets. Mensen die bergop gaan, hebben energie nodig om potentiële energie te krijgen (voor elektronen kan dit een magnetisch veld zijn dat de elektronen versnelt). Met deze verklaring voor elektrisch potentieel is uw volgende vraag gemakkelijk te beantwoorden.

Wat is de fysieke betekenis van 2V-potentiaalverschil?

Het is slechts het verloop van de heuvelachtige weg. Als het een beetje steil is, heb je een hoge spanning en als het plat is, heb je gewoon een kleine spanning.

En wat verandert er in de stroom van elektronen wanneer de potentiaal 1 of 2 V is?

Weet je nog mijn verklaring van de huidige? Het verhogen van de spanning van 1 V naar 2 V (waardoor de weg steiler wordt) heeft het effect op de elektronen dat meer elektronen per keer de lijn van links naar rechts overschrijden dan daarvoor. Je kunt je dit effect voorstellen, zoals, de weg wordt zo steil dat de mensen naar beneden glijden (niet iedereen maar meer en meer), als ze willen of niet.

Ik hoop dat deze vergelijking minder uitleg behoeft.

Bewerken: voor Rob Jeffries, ik kan geen commentaar schrijven omdat ik geen 50 reputatie heb, dus ik moet op deze manier antwoorden. Ik ben het niet met je eens dat de analogie ten onder gaat vanwege een vlakke straat.

Elektronen in een geleider kunnen ook bewegen zonder dat er een elektrisch veld wordt toegepast. Zolang er geen voorkeursoriëntatie is (en mensen in een wereld met alleen een lege vlakke weg hebben geen voorkeursoriëntatie) is er geen stroom, althans geen globale stroom. Het valt niet alleen uit elkaar, het past zelfs perfect in de analogie. Stel je voor dat een weg eerst bergaf gaat, dan is hij perfect vlak en dan gaat hij weer bergafwaarts. Mensen krijgen snelheid het eerste stukje bergafwaarts en in een perfecte wereld met slechts één weg waar geen verliezen zijn (wrijving of wat dan ook) houden ze het momentum en de snelheid in het platte deel. Ze blijven lopen en lopen sneller als ze het dalende deel weer bereiken. En hier heb je een mens-elektron verklaring voor elektronendrift in halfgeleiderstructuren.


Prasanna Chaturvedi 07/03/2017.

Naar mijn mening kan elektrostatisch potentieel op elk punt in een elektrisch veld worden gezien als

Stel dat een positieve lading een elektrisch veld maakt

In dat veld als er een positieve of negatieve testlading aanwezig is

Laten we een positieve testlast aannemen

Dan zal deze positieve testlading de neiging hebben om weg te gaan van de bronlading vanwege de kracht van afstoting

En als het niet beweegt. Absoluut, het zou genoeg energie beschikbaar moeten hebben om deze afstootkracht tegen te gaan, anders zou het zijn weggegaan.

Dus Elektrisch potentiaal op elk punt in een Elektrisch veld kan worden gedefinieerd als energie die nodig is om door een eenheidslading te worden bezeten om zijn positie vast te houden en de kracht als gevolg van E erop te weerstaan.

Related questions

Hot questions

Language

Popular Tags