Dlaczego obwody są uważane za pętle?

Wiem więc, że kiedy mówisz o czymś w rodzaju obwodu zawierającego baterię, obwód WYGLĄDA jak pętla, ale dzieje się tak tylko dlatego, że zasilacz jest fizycznie blisko wyjścia.

Tak jednak nie musi być, prawda? Baterie są samowystarczalne, ponieważ jest to wygodne, ale możesz wyczerpać źródło zasilania, podłączając je do KAŻDEGO dodatnio naładowanego punktu końcowego, jeśli dobrze to rozumiem.

Czy obwody są zatem uważane za pętle tylko dlatego, że wygodnie jest myśleć o tym w ten sposób? Ponieważ rzeka nie może płynąć w kręgu, elektryczność również nie może, ponieważ osiągnie zerowy potencjał netto, co oznacza brak ruchu!

Większość obwodów jest uważana za pętle, ponieważ ładunek w materiałach przewodzących ma tendencję do stosunkowo szybkiego wyrównania różnic potencjałów elektrostatycznych. Weźmy na przykład długi drut / pręt. Powiedzmy, że możesz dodać elektrony po jednej stronie. Najpierw zaczynasz od 0 elektronów. Po dodaniu pierwszego elektronu nie ma już nic innego, więc można go zasadniczo zabrać wszędzie. Po dodaniu drugiego elektronu popchnie on pierwszy elektron tak daleko, jak to możliwe, aby spróbować stworzyć równowagę ładunku w pręcie. Ten pierwszy ruch elektronów jest w rzeczywistości niewielkim prądem, a jego ruch może być wykorzystany do wydobycia z niego pracy (ponieważ zajęło to pracę, aby dodać drugi elektron do układu). Dodanie trzeciego elektronu spowoduje popchnięcie drugiego elektronu na środek. Drugi elektron ” Ruch jest połową pierwszego, więc można z niego wydobyć tylko połowę pracy. Pierwszy elektron znajduje się na drugim końcu i nie poruszał się w tym momencie. Jeśli nadal dodajesz elektrony do pręta na jednym końcu, ruch innych elektronów będzie coraz mniejszy. Wkrótce będziesz przy tysiącach woltów i nie będziesz w stanie wydobyć z niego żadnej pracy, ponieważ elektrony po prostu nie mają.

Zamiast tego, co gdybyśmy zdjęli elektrony z jednej strony i dodali je do drugiej? Teraz każdy elektron, dla którego to zrobisz, spowoduje, że wszystkie inne elektrony poruszą się w odpowiedzi w jednym kierunku o tę samą wartość. Teraz możesz wydobyć z systemu jednakową ilość pracy dla każdego przenoszonego elektronu. Ale co zrobiłeś? Utworzyłeś pętlę, przesuwając jednocześnie pojedyncze elektrony. Dlatego większość obwodów wykorzystuje pętlę. Jest coś, co popycha elektrony w jednym (a może w obu) kierunku. W twoim przypadku jest to bateria, ale generatorów i różnych innych metod można użyć do „pompowania” elektronów w celu wydobycia z nich pracy w innym miejscu.

Możesz myśleć o baterii jak o pompie elektronowej, która chemicznie przenosi elektrony z dodatniego bieguna do ujemnego, aby utrzymać pewne „ciśnienie elektryczne” (tak wcześni faceci nazywali potencjalną różnicę w niektórych starych książkach i jest to niezły model).

Aby faktycznie zrobić z tego coś pożytecznego, musisz podać ścieżkę dla elektronów, która przypadkiem wykorzysta poruszające się elektrony do wykonania jakiegoś interesującego zadania [1]. Może to być ogrzewanie cienkiego drutu w celu wytworzenia światła lub zasilanie innej reakcji elektrochemicznej w celu naładowania innej baterii lub wytworzenie pola magnetycznego w silniku lub czymkolwiek. Ta ścieżka musi być wyraźnie pętlą, jeśli chcesz, aby system działał dłużej niż bardzo krótko (pomyśl o nano sekundach).

Zauważ, że w żadnym momencie nie ma wzmianki o ziemi lub tym podobnych, wszystkie napięcia są mierzone w stosunku do dowolnego arbitralnego punktu w twoich działaniach, a aby to napięcie zrobiło coś użytecznego, musi istnieć pętla dla przepływu prądu [2].

Ground jest jednym z tych naprawdę bzdurnych słów, które oznaczają co najmniej 3 różne rzeczy w sposób wysoce zależny od kontekstu, na razie zignoruj.

[1] Elektrony w przewodniku miedzianym przy dowolnym rodzaju prądu, którym chcesz grać, poruszają się średnio bardzo wolno, myśl mniej niż mm na sekundę, ale drut jest jak rura pełna łożysk kulkowych, wpychasz jeden po drugim koniec, jeden wyskakuje drugi znacznie szybciej niż jakakolwiek piłka faktycznie przesuwa się w dół rurki.

[2] Tak, wiem, bramki pamięci flash, soczewki elektrostatyczne, drukarki laserowe, wszelkiego rodzaju drobne wyjątki, ale na razie się z tym pogódź.

Przepraszam, nie. Bateria lub inny zasilacz musi na dłuższą metę pozostawać elektrycznie neutralny. Siły przywracające na oddzielonym ładunku są bardzo duże, a trwałe rozdzielenie ładunku w skali obwodu po prostu nie nastąpi. Oznacza to, że jeśli prąd wypływa z jednego zacisku, musi przepływać przez inny. Najbliżej wyjątku jest mikrofon elektretowy, który zawiera trwale oddzielone ładunki - po prostu niewiele.

Obwód MUSI być pętlą. Gdy pętla jest zamknięta, prąd przepływa przez obciążenie. Gdy pętla jest otwarta, obwód jest wyłączany.

Być może można założyć, że napięcie jest „siłą”, która popycha ładunki do przepływu w pętli. Prąd to przepływ według jednostki czasu.

Bez pętli nie ma prądu.

... ale możesz wyczerpać źródło zasilania, podłączając je do KAŻDEGO dodatnio naładowanego punktu końcowego, jeśli dobrze to rozumiem.

Nie. Spójrz na Oszczędzanie energii i Oszczędzanie opłat . Jeśli odprowadzimy ładunki z dodatniego punktu potencjalnego, ładunki MUSZĄ wrócić przez punkt odniesienia (ujemny zacisk akumulatora, GND itp.), Tj. Przepłynąć w pętli zamkniętej.

Uważam, że istnieje bardziej ogólna odpowiedź i powinniśmy myśleć o prądzie, a nie napięciu.

Wszystkie obwody muszą być zgodne z prawem Kirchoffa - opartym na podstawowych równaniach Maxwella, które opisują przepływ prądu w dowolnych mediach.

Jeśli węzeł jest niepodłączony (przez dowolny nośnik o dowolnej częstotliwości), wówczas nie może stanowić części obwodów. I odwrotnie, każdy węzeł, który jest w jakikolwiek sposób połączony, stanowi część obwodu.

Prawo Kirchoffa można po prostu sformułować jako „Suma prądów w dowolnym obwodzie wynosi zero”, tj. Dla każdego prądu opuszczającego (w tym przypadku nazywamy to prądem dodatnim) z węzła identyczna i przeciwna (ujemna) kombinatoryczna suma prądów musi wejść do tego samego węzła.

Jeśli dojdziesz do logicznego wniosku, wszystkie węzły muszą być połączone w jedną lub więcej pętli, aby suma w obwodzie wynosiła zero. Wszystkie negatywy i pozytywy muszą być dokładnie anulowane.

Częściowo masz rację, ponieważ elektrony przemieszczą się z potencjału do wyższego potencjału. Więc możesz pomyśleć, że jeśli mam napięcie w punkcie w przestrzeni A z drutem biegnącym do innego punktu w przestrzeni B , elektrony przepłyną przez drut.

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony za pomocą CircuitLab}

Jednak samo napięcie nie ma znaczenia. Napięcie jest różnicą potencjału między dwoma punktami.

^{zasymuluj ten obwód}

Oznacza to, że potrzebny jest wspólny punkt odniesienia, aby w rzeczywistości zapewnić napięcia. W rezultacie powstaje pętla z pewnym oporem, czy ci się to podoba, czy nie.

To jednak wiąże się z inną kwestią. W powyższym obwodzie, nawet bez drutu odniesienia, nadal istnieje pewien opór między ujemnymi stronami źródeł napięcia, choć ogromny. Jako taki masz pętlę i niewielki prąd przepłynie przez drut, chociaż może być za mały, aby go zmierzyć.

Ważne jest również oddzielenie pojęcia prądu od pojęcia ruchu elektronu. Prąd jest abstrakcyjną reprezentacją, podczas gdy ruch elektronów jest zjawiskiem fizycznym. Mówimy, że pętle prądowe przechodzą przez baterię lub kondensator, ale w rzeczywistości elektrony nie. Zamiast tego wychodzi z nich tyle samo elektronów, co druga strona. Ta różnica jest subtelna, ale ważna.

Prąd jest przepływem nośników ładunku elektrycznego, zwykle elektronów lub atomów z niedoborem elektronów.

jeśli weźmiemy akumulator: przepływ prądu w zamkniętej pętli, który jest prądem elektrycznym

ale ktoś mi mówi OK, ale co się stanie, gdy dotkniesz pozytywnego źródła serwatki, jesteśmy zadławieni,

odpowiedź jest bardzo prosta: człowiek tworzy zamkniętą pętlę z ziemią, aby elektrony płynęły w jego ciele, ale ptak nie jest zszokowany, ponieważ nie tworzy zamkniętej pętli

obwód zawierający baterię ... WYGLĄDA jak pętla

To jest pętla. Elektrolit akumulatora to dobry przewodnik , krótki obwód.

Być może masz błędne przekonanie, że akumulatory „ładują” lub że prąd w elektrolicie wynosi zero amperów? Nie, tak nie działa. Baterie zachowują się jak zwarcia, bardzo niski opór wewnętrzny, a prosty obwód z baterią to zamknięta pętla.

Baterie nie dostarczają żadnych ładunków do obwodów. Przepływający ładunek pochodzi z samej miedzi, z elektronowego morza metalu.