Zwarcie = brak zasilania?

Teraz chcę budować różne rzeczy i naprawdę interesuje mnie nauka (rozważ, że zaczynam od zera).
Czytam więc całą tę stronę internetową i następujący wiersz w tym artykule zmusił mnie do drapania się po głowie:

[o mocy znamionowej obwodu]
Podobnie, jeśli mamy stan zwarcia, przepływ prądu jest obecny, ale nie ma napięcia V = 0, dlatego 0 x I = 0, więc ponownie energia rozproszona w obwodzie wynosi 0.

Jestem pewien, że można stopić różne rzeczy po podłączeniu do obu końców baterii. Nie dlatego, że sam tego spróbowałem, ale nawet dotknięcie obu końców baterii AAA metalowym drutem wytwarza iskierki i ciepło. Czy to naprawdę poprawne, że w obwodzie nie dochodzi do rozproszenia energii ?

Pamiętam też, że w obwodzie nie może być przepływu elektronów, jeśli nie ma spadku napięcia między oboma końcami obwodu. Czy zatem cytowana przeze mnie linia nie jest sprzeczna?

Nie powinieneś być tak surowy dla swojego profesora.

Większość zamieszania, z którym zmagają się nowicjusze EE, polega na tym, że mówimy o teoretycznych obwodach IDEAL jako części procesu nauczania. W obwodach idealnych rzeczy często działają raczej wbrew intuicyjnym i eksperymentalnym wyobrażeniom o tym, jak rzeczy faktycznie działają.

Rzeczy takie jak zwarcia, transformatory, diody i prawie wszystko, z czym współpracujemy, mają idealne modele, których używamy do opisywania i rozumienia ich w zakresie tego, w jaki sposób staramy się z nich korzystać. Rzeczywistość jest znacznie bardziej skomplikowana i trudniejsza, jeśli nie niemożliwa, do zdefiniowania w całości.

Jako taka definicja „zwarcia” jest w rzeczywistości „komponentem idealnym”. Jest to rezystancja o zerowej rezystancji, czyli . Oznacza to, że siła baterii będzie działać przez nią bez siły przeciwnej. Niczego nie naciskasz, nie pracujesz, a moc nie jest rozpraszana.$0\Omega$

Oczywiście w prawdziwym życiu drut używany do zwarcia akumulatora ma niewielki opór. Sama bateria ma również pewien wewnętrzny opór. Ponieważ oba są małe, prąd wynikowy jest bardzo duży. Oznacza to, że dużo energii jest rozpraszane w przewodzie, w akumulatorze i rzeczy szybko się nagrzewają.

Jak już powiedziałem, nie bądź tak surowy dla swojego profesora. Wiele EE akceptuje ideały na pierwszy rzut oka, jednocześnie zdając sobie sprawę, że rzeczywistość jest raczej inna. Idealne modele dają nam punkt wyjścia do pracy, z którego możemy projektować rzeczy do poziomu dokładności roboczej bez zagubienia się w chaosie rzeczywistych efektów.

Jednak zawsze musimy pamiętać, że ideały to mit.

nawet dotknięcie obu końców baterii AAA metalowym drutem wytwarza iskierki i ciepło

Aby przeanalizować ten obwód, należy wziąć pod uwagę zarówno rezystancję wewnętrzną akumulatora, jak i rzeczywistą rezystancję drutu.

Ponieważ prawdziwy drut ma niezerową rezystancję, pewna część mocy zostanie rzeczywiście dostarczona do drutu i zamieniona w ciepło.

Ale także, ponieważ prawdziwa bateria ma opór wewnętrzny, część energii zostanie zamieniona na ciepło wewnątrz baterii, gdzie nie przyniesie ona żadnych korzyści i może uszkodzić baterię.

Oświadczenie (ze strony internetowej) jest poprawne tylko w sensie czysto teoretycznym, ponieważ tak naprawdę nie ma czegoś takiego jak skrót 0 omów. Wszystkie przewody mają pewien opór, a sama bateria ma opór wewnętrzny. Twój profesor rzeczywiście miał rację - jeśli przepływa prąd, to spadek napięcia, choć może być bardzo mały.

W rzeczywistości jednym ze sposobów pomiaru prądu w obwodzie jest umieszczenie niewielkiej skalibrowanej rezystancji (zwanej rezystorem bocznikowym) zwykle o wartości 0,01 oma szeregowo z obciążeniem i zmierzenie spadku napięcia (zwykle w miliwoltach) bocznika.

Napięcie zerowe z zwarciem jest prawdziwe tylko wtedy, gdy rezystancja jest zerowa. To jest stwierdzenie teoretyczne.

W rzeczywistości (przynajmniej dla nas w temperaturze pokojowej) zawsze będzie pewien opór, a zatem zwarcie będzie miało pewne napięcie, a tym samym moc.

Rozważ idealny obwód (a) poniżej. W obwodzie płynie prąd 2 A. Przechodzi od A do B, przez rezystor do C, a następnie z powrotem do D, a przez źródło napięcia do A, kończąc obwód.

Jaki jest zatem spadek napięcia w przewodzie AB i ile tam mocy jest tam rozpraszane? Jest to idealny drut, więc jego rezystancja wynosi zero, a zatem spadek napięcia i moc również są zerowe. Niezależnie od tego, że przepływa przez niego prąd 2 A. Idealny drut to zwarcie, a oto taki, który nie rozprasza energii, tak jak powiedział twój nauczyciel.

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

$V_2\ /\ R_2$$10\ \mathrm{V}\ /\ 0\ \Omega$$R_2$$\lim_{R_2\to0} {V_2\over R_2} = \infty$

Oczywiście występuje również spadek napięcia, ponieważ napięcie netto wokół obwodu musi wynosić zero. Niezerowe napięcie razy nieskończony prąd daje nieskończoną moc. Różni się to od (a), ponieważ tutaj całe źródło napięcia zostało zwarte.

^{zasymuluj ten obwód}

Kiedy szereg elementów rezystancyjnych jest połączonych szeregowo i napędzanych przez źródło napięcia, całkowita ilość mocy będzie odwrotnie proporcjonalna do całkowitej rezystancji (a dokładniej, jej napięcie jest podzielone na kwadraty podzielone przez rezystancję), ale ułamek mocy otrzymany przez każdy pojedynczy element oporowy będzie proporcjonalny do jego rezystancji.

Jeśli ktoś ma drut o rezystancji 1 omów połączony szeregowo z żarówką, której rezystancja wynosi 99 omów, a ta kombinacja jest napędzana źródłem 100 woltów, wówczas całkowita moc wyniesie 100 woltów do kwadratu, podzielona przez 100 omów całkowita rezystancja, tj. 100 watów. Z tej mocy 99% rozproszyłoby się w żarówce, a 1% rozproszyłby się w przewodzie.

Gdyby rezystancja żarówki spadła do 0,001 oma, wówczas całkowita rozproszona moc wyniósłaby 100 woltów do kwadratu podzielona przez całkowitą rezystancję 1,001 oma, tj. 9 9990 watów. Z tej mocy około 0,1% (10 watów) rozproszyłoby się w zwartej żarówce, a 99,9% (9980 watów) w przewodzie. Należy zauważyć, że maksymalne rozproszenie mocy w żarówce wystąpiłoby, gdyby jej rezystancja była równa oporności drutu. W takim przypadku 5000 watów zostanie równo podzielonych między drut i żarówkę (każda otrzyma 2500 watów).

Wydaje się, że wynika to z założenia, że ​​nawet w idealizacji prąd przepływający przez obwód jest wciąż skończony, a zatem V = IR implikuje V = 0.

Bardziej rozsądnym modelem, w którym w rzeczywistości występuje zwarcie, byłoby to, że napięcie pozostaje niezerowe; w idealnym przypadku zerowej rezystancji miałbyś zatem nieskończony prąd. Moc P = IV również byłaby nieskończona.

Twoje pytanie mnie zainteresowało, więc opublikowałem swoje . Wydaje mi się, że komentarz Tere Nicka Aleksiewa zasadniczo odpowiada na twoje pytanie - model zwarcia, o którym czytasz, służy do modelowania łagodniejszych obwodów, a nie tych, które się topią.