กระแสไฟฟ้ารู้ได้อย่างไรว่าไหลมากแค่ไหนก่อนที่จะเห็นตัวต้านทาน

ด้วยวงจรต่อไปนี้เป็นตัวอย่าง:

และ

ปัจจุบันจะIรู้ได้อย่างไรว่าไหลมากแค่ไหน? คลื่นอื่น ๆ เดินทางเป็นครั้งแรกในวงจรแล้วกลับมาพูดว่ากระแสควรไหลมากหรือไม่?

ไม่แน่ใจว่านี่คือสิ่งที่คุณต้องการหรือไม่ แต่ใช่เมื่อเชื่อมต่อแบตเตอรี่คลื่นสนามไฟฟ้าจะเดินทางจากแบตเตอรี่ลงไปตามสายไฟจนถึงโหลด พลังงานไฟฟ้าส่วนหนึ่งถูกดูดซับโดยโหลด (ขึ้นอยู่กับกฎของโอห์ม) และส่วนที่เหลือจะสะท้อนออกจากโหลดและเดินทางกลับไปที่แบตเตอรี่บางส่วนถูกดูดกลืนโดยแบตเตอรี่ (กฎของโอห์มอีกครั้ง) และบางส่วนสะท้อนแบตเตอรี่ ฯลฯ ในที่สุดการรวมกันของการตีกลับทั้งหมดถึงค่าคงที่ของรัฐที่คุณคาดหวัง

เรามักจะไม่คิดอย่างนี้เพราะในวงจรส่วนใหญ่มันเกิดขึ้นเร็วเกินกว่าจะวัดได้ สำหรับสายส่งยาวนั้นสามารถวัดได้และมีความสำคัญอย่างไร ไม่กระแสไม่ทราบว่ากระแสโหลดนั้นเป็นอย่างไรจนกระทั่งคลื่นมาถึง จนกว่าจะถึงเวลานั้นจะรู้เพียงความต้านทานลักษณะหรือ "ความต้านทานคลื่น" ของสายไฟเอง ยังไม่ทราบว่าอีกปลายหนึ่งเป็นไฟฟ้าลัดวงจรหรือวงจรเปิดหรือความต้านทานระหว่าง เมื่อคลื่นสะท้อนกลับมาเท่านั้นจะสามารถ "รู้" ว่าอะไรอยู่ที่ปลายอีกด้านหนึ่ง

ดูตัวอย่างการสะท้อนของวงจรและเอฟเฟกต์สายส่งในระบบลอจิกความเร็วสูงสำหรับตัวอย่างของไดอะแกรมขัดแตะและกราฟของการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าในขั้นตอนเมื่อเวลาผ่านไป

และในกรณีที่คุณไม่เข้าใจในวงจรแรกกระแสจะเท่ากันทุกจุดในวงจร วงจรเป็นเหมือนห่วงของปิเปตซึ่งเต็มไปด้วยน้ำ หากคุณทำให้น้ำไหลด้วยเครื่องสูบน้ำ ณ จุดหนึ่งน้ำที่จุดอื่น ๆ ในลูปจะต้องไหลในอัตราเดียวกัน

คลื่นสนามไฟฟ้าที่ฉันกำลังพูดถึงนั้นคล้ายคลึงกับคลื่นความดัน / เสียงที่เคลื่อนที่ผ่านน้ำในท่อ เมื่อคุณย้ายน้ำที่จุดหนึ่งในท่อน้ำที่ปลายอีกด้านของท่อจะไม่เปลี่ยนทันที การรบกวนต้องแพร่กระจายผ่านน้ำด้วยความเร็วของเสียงจนกว่าจะถึงปลายอีกด้าน

เนื่องจากทฤษฎีได้รับการคุ้มครองฉันจะไปเปรียบเทียบที่คล้ายคลึงกัน (หวังว่าฉันเข้าใจสิ่งที่คุณถามอย่างถูกต้องก็ไม่ชัดเจน)

อย่างไรก็ตามถ้าคุณนึกภาพปั๊ม (แบตเตอรี่) บางท่อที่เต็มไปด้วยน้ำ (สาย) และส่วนที่ท่อแคบ (ตัวต้านทาน)
น้ำอยู่เสมอ แต่เมื่อคุณเริ่มปั๊มมันจะสร้างแรงดัน (แรงดันไฟฟ้า) ) และทำให้น้ำไหลรอบ ๆ วงจร (กระแส) ความแคบของท่อ (ตัวต้านทาน) จำกัด การไหล (กระแส) ให้อยู่ในระดับที่กำหนดและทำให้แรงดันตกคร่อม (แรงดันไฟฟ้าข้ามตัวต้านทานในกรณีนี้เท่ากับแบตเตอรี่)

ด้วยวงจรที่สอง (ตัวต้านทานสองตัวในแบบขนาน) มันชัดเจนพอสมควรว่าปริมาณกระแสเดียวกันที่ไหลเข้าสู่หัวต่อด้านบนจะต้องไหลออกจากทางแยกด้านล่าง (ดู Kirchoff) ถ้าตัวต้านทานเป็นแบบเดียวกันพวกมันจะแบ่งกระแส พอ ๆ กัน นี่อาจเป็นได้ว่าเป็นท่อขนาดใหญ่หนึ่ง (สาย) แยกออกเป็นสองท่อแคบ (ตัวต้านทาน) แล้วหลอมรวมกลับเข้าไปในท่อขนาดใหญ่อีกครั้ง หากพวกเขาไม่เท่ากันหนึ่งจะไหลมากขึ้น (ปัจจุบัน) กว่าอื่น ๆ แต่ผลรวมออกจะรวมถึงผลรวมใน

คุณสามารถถามคำถามเดียวกันกับการเปรียบเทียบน้ำ - น้ำ "รู้" ว่าไหลเท่าไหร่? เพราะมันถูก จำกัด ด้วยความกว้างของท่อและแรงดันของปั๊ม

แก้ไข - ดูเหมือนคำถามที่ถามจะแตกต่างจากที่ฉันคิดไว้เล็กน้อยในตอนแรก ปัญหาคือมีคำตอบที่แตกต่างกันเล็กน้อย (อย่างที่คุณเห็น) ในระดับต่าง ๆ ของสิ่งที่เป็นนามธรรมเช่นจากกฎของโอห์มไปจนถึงแมกซ์เวลล์จนถึงฟิสิกส์ควอนตัม ในระดับอิเล็กตรอนแต่ละตัวฉันคิดว่าคุณอาจมีปัญหาเนื่องจากความเป็นคู่ของคลื่นอนุภาคและเส้นทางคู่ (ดูการทดสอบสลิตสองช่องด้วยโฟตอน) ที่กล่าวโดย Majenko
โปรดทราบว่าเหตุผลที่ฉันกล่าวไว้ข้างต้นว่า "น้ำมีเสมอ" เป็นเพราะอิเล็กตรอนตัวเองไม่ไหลที่ความเร็วรอบแสง 2 ~ 3 รอบของวงจร แต่ค่อนข้างพลังงานจากที่หนึ่งจะแพร่กระจายไปยังถัดไป (เรียงลำดับ) และอื่น ๆ บิตเหมือนลูกบอลที่กระเด้งไปมารอบ ๆ แบบสุ่มและอีกแบบหนึ่งโดยมีแนวโน้มโดยรวมโดยรวมที่จะตีกลับในทิศทางของการใช้ศักยภาพ วิธีที่ง่ายกว่าที่จะคิดว่ามันเหมือนกับแนวของลูกสนุ๊กเกอร์ - ถ้าคุณตีลูกบอลสีขาวเข้าที่ปลายด้านหนึ่งพลังงานจะถูก "ส่ง" ผ่านลูกบอลทั้งหมด (พวกเขาจะไม่เปลี่ยนตำแหน่งจริง ๆ ) จากนั้นบอลที่ ปลายอีกด้านจะแตกออก
ฉันรู้สึกว่าคำอธิบายควอนตัมอาจเป็นไปได้: เราสามารถทำนายความน่าจะเป็นเท่านั้น อิเล็กตรอนแต่ละตัวจะ "เลือก" หนึ่งเส้นทาง (หรืออยู่ในพื้นที่ใดพื้นที่หนึ่ง) แต่กระบวนการจะไม่สามารถสังเกตได้โดยตรง (เช่นฟิสิกส์เชิงทฤษฎี)

ทั้งสองวิธีฉันคิดว่านี่เป็นคำถามที่ยอดเยี่ยมและต้องการคำตอบที่ดี (จะพยายามและปรับปรุงคำถามนี้หากมีเวลา) แม้ว่าในระดับต่ำสุดอาจจะจัดการกับกองฟิสิกส์ได้ดีกว่า

ตอนแรกกระแสน้ำไม่รู้จริง ๆ สมมติว่าสวิตช์ขนาดใหญ่เป็นการ์ตูนในบรรทัดเมื่อเปิดแสดงถึงความต้านทานขนาดใหญ่ (Capacitive) ประจุสร้างขึ้นที่ด้านข้างของมัน โดยเฉพาะอิเล็กตรอนทำให้ขั้วต่อลบและขั้วบวกขาดอิเล็กตรอนจำนวนเท่ากันจากปกติ (ประจุภาพ) กระแสปัจจุบันนั้นเล็กน้อย (fA *) ดังนั้นจึงไม่มีความต้านทานตกที่เป็นไปได้ อิเล็กตรอนไม่มีการเคลื่อนที่หรือการไหลของตาข่ายเนื่องจากแรงผลักไฟฟ้าสถิตกับเพื่อนบ้านรวมถึงพวงที่สวิตช์มีค่าเท่ากับแรงจากอคติสนามไฟฟ้าภายนอก

เมื่อสวิตช์ถูกปิดครั้งแรกอิเล็กตรอนพิเศษที่อยู่ใกล้กับสวิตช์จะไปยังตัวสัมผัสอื่นเติมประจุไฟฟ้าภาพ ตอนนี้ไม่มีอิเล็กตรอนพาลกลุ่มใหญ่ปฏิเสธที่จะย้ายและผลักดันกลับไปส่วนที่เหลือก็เป็นขีปนาวุธ^{_{( ใช่แล้วไม่ใช่จริง ๆ )}}และเริ่มซิปผ่านวงจร

ผู้ที่อยู่ในและใกล้ต้านทานพบ ... ต้านทาน(c'mon; ผมต้อง) มีอิเล็กตรอนหรือไซต์อิสระเกือบจะไม่มากดังนั้นไม่เหมือนกับอิมพีแดนซ์ขนาดใหญ่มากที่นำเสนอก่อนหน้านี้โดยสวิตช์ประจุที่สร้างขึ้นที่ปลายทั้งสองข้างเป็นนักเขียนบั๊กที่ใจร้อนพุ่งเข้าหาจุด มันยังคงสร้างต่อไปจนกระทั่งถึงสมดุล: สนามไฟฟ้าสถิตจากพวงของอิเล็กตรอนที่รอผ่านตัวต้านทานจะเท่ากับอคติสนามไฟฟ้าภายนอก

ณ จุดนี้กระแสรู้ว่าไหลมากแค่ไหนและจะไม่เปลี่ยน [จนกว่าคุณจะรู้ตัวว่าคุณใส่ตัวต้านทาน 1.3 โอห์มแทนตัวต้านทาน 1.3-kohm และมันจะทอดและเปิดวงจรอีกครั้ง]

หากที่มาถูกลบออกจากระบบโดยสิ้นเชิงในตอนแรกจะไม่มีการประจุไฟเริ่มต้น การเชื่อมต่ออย่างทันทีทันใดกับแหล่งกำเนิด (สวิตช์ DPST) จะนำไปสู่สนามไฟฟ้าที่แพร่กระจายไปตามลวดใกล้กับcเร่งและลากอิเล็กตรอนไปพร้อมกับมัน อย่างไรก็ตามในกรณีที่มีตัวต้านทานแบบขนานประตูของสนามกีฬาดังกล่าวอาจมีความกว้างแตกต่างกันดังนั้นกระแสสมดุลจะแตกต่างกัน

กระแสน้ำในสามเหลี่ยมปากแม่น้ำเป็นอย่างไร "รู้" ว่าจะใช้สาขาใด "กระแส" ในแต่ละกรณีหมายถึงการไหลรวมของโมเลกุลน้ำหรืออิเล็กตรอนดังนั้นก่อนอื่นให้แทนที่คำถามด้วย "อิเล็กตรอนแต่ละตัว (หรือโมเลกุล) รู้ได้อย่างไรว่าจะไปทางไหน" มันไม่ได้; มันจะถูกพัดพาไปตามกระแสในท้องถิ่นทันทีและในระดับจุลภาคหรือปรมาณูจะเข้าแทนที่ตำแหน่งที่แยกออกไปข้างหน้า แล้วเกิดอะไรขึ้นที่จุดแตกต่างกัน? สำหรับดวงตามาโครทิศทางที่ใช้คือการสุ่มกระจายเป็นอัตราส่วนของกระแสน้ำสาขา ในระดับที่ต่ำที่สุดความไม่สงบเล็กน้อยบางอย่างจะผลักดันมันไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง

(คำอธิบาย / การเปรียบเทียบที่หยาบคายมากฉันรู้ - ให้อภัยความไม่ถูกต้องโดยนัย)

"รู้" ว่าไหลลื่นแค่ไหนก็หมายถึงความรู้ซึ่งหมายถึงความฉลาด

ปัจจุบันไม่ฉลาดและไม่ไหลต่อ กระแสจะถูกดึงหรือ "ถูกดึง" โดยโหลด - ในกรณีนี้ตัวต้านทาน

จำนวนปัจจุบันของการดึงโหลดขึ้นอยู่กับกฎของ Ohms:

$I=\dfrac{V}{R}$

ในวงจรแรกนั้นง่ายพอที่จะคำนวณ

$I_S$

$\dfrac{1}{R_T} = \dfrac{1}{R_1} + \dfrac{1}{R_2}$

หรือ

$R_T = \dfrac{R_1 \times R_2}{R_1 + R_2}$

$R_1$$R_2$$R_1$$R_2$

ที่จริงแล้วกระแสไม่รู้ว่าไหลเท่าไรที่ t = 0

ตัวต้านทานทุกตัวมีความจุเนื่องจากประกอบไปด้วยด้านตัวนำที่แยกด้วยฉนวน (แม้ว่าจะไม่ได้สมบูรณ์แบบ) เนื่องจากความจุนี้ที่ t = 0 กระแสจึงไหลเร็วเท่ากับแหล่งจ่ายไฟที่สามารถจ่ายได้ จากนั้นจะช้าลงหลังจากผ่านไปครู่หนึ่งถึงค่าปกติ ตัวต้านทานที่ใช้งานจริงทุกตัวสามารถจำลองเป็นตัวต้านทานและตัวเก็บประจุแบบขนาน ดังนั้นวงจรแรกของคุณคือวงจร RC ขนาน

อย่าลืมว่าสนาม E (สนามไฟฟ้า) สร้างสนาม B (สนามแม่เหล็ก) และในทางกลับกัน เมื่อคุณใช้แรงดันไฟฟ้าผ่านตัวต้านทานสิ่งที่คุณทำคือคุณสร้างสนามไฟฟ้าภายในตัวต้านทาน ซึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในสถานะของสนามไฟฟ้า (คุณเพิ่มสนามไฟฟ้าจากศูนย์เป็นค่าที่ไม่เป็นศูนย์) การเปลี่ยนแปลงของสนามไฟฟ้าสร้างสนามแม่เหล็กและในที่สุดก็สร้างกระแสไหล

โปรดอ้างอิงสมการของ Maxwellสำหรับข้อมูลเพิ่มเติม

ปัจจุบันรู้ได้อย่างไร มันรู้เพราะกลศาสตร์เชิงสถิติ (กับ Boltzman และต่อมา Fermi-Dirac เกี่ยวข้องและต่อมา Maxwell) เมื่อ fermions (อิเล็กตรอน) ที่อุณหภูมิเฉพาะมีแนวโน้มที่จะครอบครองปริมาตรของตัวนำ (โลหะ) เมื่ออิเล็กตรอนอิสระเช่นอนุภาคของก๊าซในอุดมคติและการตีกลับ กับอะตอม ความเร็ว (พลังงาน) ของแต่ละอนุภาคอยู่ที่ประมาณ 1K ไมล์ต่อวินาที (น้อยกว่าความเร็วแสง) ความเร็วในการดริฟท์อยู่ที่ไม่กี่มิลลิเมตรต่อวินาที (ดู wiki "ความเร็วดริฟท์") ระยะทางบินฟรีของอิเล็กตรอนโดยเฉลี่ยจะกำหนด "ค่าการนำไฟฟ้า" เพื่อสังเกตการณ์การไหลของอิเล็กตรอนพฤติกรรมของอิเล็กตรอนจะดูเหมือนว่าแนวโน้มของอนุภาคในการรักษา "อิเล็กตรอน" เมื่อทุกส่วนของตัวนำท้องถิ่นมีอิเล็กตรอนและโปรตอนในปริมาณที่เท่ากันโดยประมาณ อิเล็กตรอนจะถูกชาร์จดังนั้นจึงใช้แรงต้านทานต่อกัน การมีส่วนร่วมของแรงความเร็วและมวลชนในช่วงเวลาหนึ่งหมายความว่ามีโฟตอนเสมือนถูกปล่อยออกมาและถูกดูดกลืนในระหว่างการเร่งความเร็วและการลดความเร็วของอิเล็กตรอน โฟตอนนี้แพร่กระจายได้เร็วกว่าอนุภาคและสร้าง "ความดัน" โดยรวมขึ้นอยู่กับวัสดุความเร็วของผนังแรงดันอยู่ใกล้กับความเร็วของแสง มันสามารถตั้งชื่อ "wave" เรื่องราวที่เหลือก็อธิบายได้ดีกว่าโดย Endolith ด้านบน

ตัวเลขสำหรับทองแดงที่อุณหภูมิห้องสามารถมองเห็นในบทความนี้

TLDR: แก๊สอิเล็กตรอนในอุดมคติพร้อมกลศาสตร์เชิงสถิติ -> Boltzman-> Fermi-Dirac-> Maxwell-> Ohm

ไม่มีใครพูดถึงความจริงที่ว่าแผนงานทั้งหมดใช้รูปแบบองค์ประกอบที่เรียกว่าlumpedแบบองค์ประกอบล้างโลก

ในแผนผังเส้นลวดไม่ใช่เส้นลวดในความหมายทั่วไปมันเป็นความสัมพันธ์ที่เรียบง่ายระหว่างโหนด หากคุณต้องการอธิบายทีละขั้นตอนสิ่งที่เกิดขึ้นกับกระแส (หรือที่เรียกว่า "ความรู้สึก") ตามเส้นลวดคุณจะต้องวาดซีรีย์เรื่อย ๆ ที่ไม่มีที่สิ้นสุด

การเปรียบเทียบที่ดีที่สุดที่ช่วยให้ฉันเข้าใจได้ง่ายและรวดเร็วจริง ๆ ฉันได้พบที่ไหนสักแห่งบนอินเทอร์เน็ต แต่ไม่สามารถระบุแหล่งที่มาได้ในขณะนี้ หากมีคนรู้ว่าอยู่ที่ไหนให้ฉันรู้เพื่อให้สามารถรวม การเปรียบเทียบนั้นสั้นมากและนี่จะเป็นคำตอบที่สั้นมาก ไม่มีสูตรใด ๆ ทั้งสิ้น ดังนั้นมันจึงไม่ใช่วิทยาศาสตร์ แต่มีความคล้ายคลึงและสง่างามและง่ายสำหรับมนุษย์ในการจินตนาการและเข้าใจ

คนส่วนใหญ่คิดว่าวงจรง่าย ๆ เช่นในตัวอย่างเช่นท่อเปล่าหรือท่อที่เต็มไปด้วยน้ำ ส่วนหนึ่งเป็นเพราะการไหลของน้ำที่อุดมสมบูรณ์คล้ายคลึงกัน

ในความเป็นจริงมันเหมือนหลอดที่เต็มไปด้วยลูกบอลแข็ง ๆ เช่นหลอดโบว์ลิ่ง หลอดนั้นเต็มไปด้วยลูกบอลในแนวตั้งแต่ต้นจนจบและไม่มีช่องว่างระหว่างพวกเขา เมื่อคุณผลักลูกบอลในปลายด้านหนึ่งลูกบอลทั้งหมดเดินทางในระยะทางเดียวกันลูกทั้งหมดเดินทางระยะทางเดียวกัน

การเคลื่อนไหวนี้เป็นกระแสของอิเล็กตรอนและแรงที่ต้องใช้ในการเคลื่อนย้ายลูกบอลคือแรงดันไฟฟ้าที่ใช้

แหล่งที่มาของความสับสนอื่น ๆ คือประโยค "ความต้านทานขั้นต่ำ" บางคนสามารถจินตนาการถึงคนบนทางแยกที่เลือก 1 ใน 3 วิธีที่เป็นไปได้ เมื่อคนเอาวิธีการที่ทุกคนที่ไปทางนั้นและตรงนี้เป็นวิธีการที่ปัจจุบันห้ามไม่ไหล แต่กระแสจะ "แยก" และไหลในทิศทางที่เป็นไปได้ทั้งหมด แต่จะแปรผันตามแนวต้านในรูปแบบเหล่านั้น บางครั้งความต้านทานสูงมากจำนวนเงินในปัจจุบันมีขนาดเล็กมากซึ่งเป็นประโยชน์ที่จะถูกละเลยเพื่อทำให้ง่ายขึ้น

$V_S$$\frac{V_S}{R}$

$I_1 = \dfrac{V_S}{R_1}$

$I_2 = \dfrac{V_S}{R_2}$

$I_S$

$I_S = I_1 + I_2$

$I_S$$R_1$$R_2$

$R_1 || R_2 || ... R_n = \dfrac{1}{(\dfrac{1}{R_1} + \dfrac{1}{R_2} + ... \dfrac{1}{R_n})}$

$R_1 || R_2 = \dfrac{1}{\dfrac{1}{R_1} + \dfrac{1}{R_2}} = \dfrac{R_1 \times R_2}{R_1 + R_2}$

การใช้กฎของโอห์มอีกครั้งมันตรงไปตรงมาเพื่อคำนวณคือ:

$I_S = \dfrac{V_S}{R_1 || R_2} = V_S \times \dfrac{R_1 + R_2}{R_1 \times R_2}$

$I_S$

$I_S = I_1 + I_2$

$I_S = \dfrac{V_S}{R_1} + \dfrac{V_S}{R_2} = V_S \times \dfrac{1}{R_1} + \dfrac{1}{R_2} = V_S \times \dfrac{R_1 + R_2}{R_1 \times R_2} = V_S \times (R_1 || R_2)$

อันที่จริงแล้วคลื่นมีส่วนเกี่ยวข้องกับมันมากจนกระทั่งสภาวะคงตัว ในขั้นต้นแม้แต่วงจรที่ง่ายที่สุดที่ทำจากแบตเตอรี่สวิตช์สายไฟและตัวต้านทานเป็นสายส่งล้อมรอบด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและต้องมีการวิเคราะห์แบบชั่วคราวเพื่อทำความเข้าใจ การวิเคราะห์ชั่วคราวนี้จะตอบคำถามเริ่มต้นในบล็อกนี้หากฉันเข้าใจคำถาม ... แม้กระทั่งแบตเตอรี่มีความซับซ้อนและเริ่มแรกจนกว่าจะถึงสถานะคงที่ต้องมีการวิเคราะห์ที่ควบคุมโดย maxwells eqn และอื่น ๆ ในปีที่ผ่านมา DC101 ได้รับการสอนในเบื้องต้นโดยใช้การเปรียบเทียบน้ำในท่อและอื่น ๆ การเปรียบเทียบถูกเหนี่ยวนำสำหรับการเหนี่ยวนำและความจุ มันเป็นวิธีที่ดีในการช่วยให้ใครบางคนเข้าใจ DC ถ้าคุณมีเวลาห้านาทีในการสอนพวกเขาและกฎหมาย ohms นั้นเท่าที่คุณจะพานักเรียนไป

มันก็เหมือนมอเตอร์เวย์ที่เต็มไปด้วยรถยนต์ที่มอเตอร์เวย์เป็นตัวนำและรถยนต์ก็เป็นอิเล็กตรอน หากมีการซ่อมถนนข้างหน้าการ จำกัด มอเตอร์เวย์จากสามถึงหนึ่งเลนเลนทั้งหมดจะช้าลงและรถที่อยู่ด้านหลัง 20 ไมล์ก็จะไม่สามารถวิ่งได้เร็วขึ้นในส่วนของเลนทั้งสามเพราะรถยนต์ด้านหน้าไม่ยอมให้