ทำไมเราถึงต้องการตัวต้านทาน (ฉันเข้าใจสิ่งที่พวกเขาทำไม่ใช่แค่ทำไม…) [ปิด]

ฉันมีความเข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มาโดยตลอด ตอนนี้ฉันเริ่มเรียนรู้เพิ่มเติมอีกเล็กน้อยโดยใช้ Arduino เป็นแพลตฟอร์มทดสอบและฉันมีคำถามเกี่ยวกับตัวต้านทานที่ฉันไม่สามารถแก้ไขได้ด้วยการวิจัย

ทำไมเราใช้พวกเขา ฉันเข้าใจว่าพวกเขา จำกัด กระแส (ในกรณีของ LED, กระแสมากเกินไปจะทำให้ร้อนขึ้นและเผาไหม้) แต่สิ่งนี้วัด / คำนวณ / เลือกได้อย่างไร? ฉันไม่ได้ถามเฉพาะเกี่ยวกับกรณีการใช้งาน LED หรือวิธีการใช้งาน LED ฉันพยายามที่จะเข้าใจว่า "ทำไม" ตัวต้านทานมีความจำเป็นในระดับฟิสิกส์

1. เกิดอะไรขึ้นกับส่วนที่เหลือของกระแสที่ไม่ได้ใช้ (เพราะตัวต้านทาน)
2. LED นั้นใช้กระแสไฟฟ้าทั้งหมดที่มีอยู่ในวงจรหรือไม่? ถ้าไม่ส่วนที่เหลือหายไปไหน (นำกลับมาใช้ใหม่เป็นแหล่งพลังงานหรือไม่)
3. ทำไม LED "ตกคร่อม" ตามจำนวนที่กำหนด? และจะเกิดอะไรขึ้นกับส่วนประกอบที่เหลือในซีรีส์แรงดันไฟฟ้าตกสำหรับส่วนประกอบทุกส่วนจนกระทั่งไม่มีอะไรเหลือ? สิ่งนี้จะสมเหตุสมผล แต่ LED ไม่มีความต้านทานภายใน (ดังนั้นจึงมีคำอธิบาย) ดังนั้นทำไมจึงลดแรงดันไฟฟ้า
4. ฉันเพิ่งดูวิดีโอที่ผู้ชายอธิบายตัวต้านทานดึงร่างแสดง 12 V →ตัวต้านทาน→ LED --- 0 V (คุณเลือกตัวต้านทานของคุณในระดับ "ใช้กระแส / แรงดันไฟฟ้าทั้งหมด" ก่อนถึง จุดสิ้นสุดของวงจรหรือไม่วิดีโอ YouTube
5. ทำไมแบตเตอรี่ถึงสั้นจนตายถ้าคุณต่อขั้วโดยตรง แต่ถ้าคุณเพิ่มหลอดไฟ (ตัวต้านทาน) มันไม่ได้?
6. ฉันได้ทำการวิจัยเป็นเวลาหลายชั่วโมงแล้วและฉันเข้าใจว่าตัวต้านทานทำอะไร แต่ฉันไม่เข้าใจว่าทำไมจึงจำเป็น (เพื่อไม่ให้แบตเตอรีสั้นลงหรือไม่ ... นี่หมายความว่า "กิน" พลังงานทั้งหมดก่อนหน้านี้ กลับไปที่ขั้วบวก?)
7. ทำไมหลอดไฟที่แตกต่างกันถึงใช้งานกับแบตเตอรี่ก้อนเดียวกัน (ความต้านทานที่ต่างกัน

ฉันรู้ว่าคำถามเหล่านี้กว้างและฉันไม่ได้มองหาคำตอบสำหรับแต่ละคำถามโดยเฉพาะ ฉันกำลังกล่าวขวัญหลายคำถามข้างต้นเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าผมไม่ได้มีความเข้าใจอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับแนวคิดของเหตุผลที่ต้องการต้านทานวงจร นี่จะเป็นคำถามที่จะตอบ

ความเข้าใจของคุณเกี่ยวกับความต้องการพลังงานที่ไหลผ่านวงจรจะต้องปรับ

1. พลังงานที่ไหลผ่านวงจรและนำมาจากแบตเตอรี่หรือแหล่งพลังงานขึ้นอยู่กับกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านวงจรนั้น

2. กระแสไฟฟ้าไหลเวียนมากน้อยเพียงใดแม้ว่าวงจรจะถูกกำหนดโดยวิธีการนำไฟฟ้าของวงจร หากวงจรมีความต้านทานสูงก็จะนำไฟฟ้าน้อยและกระแสไฟฟ้า / กระแสไฟน้อยลง

ดังนั้นให้ทั้งสองรวมกันและดูคำถามของคุณ ...

1. เกิดอะไรขึ้นกับส่วนที่เหลือของกระแสไฟฟ้าที่ไม่ได้ใช้ (เพราะตัวต้านทาน)

ไม่มี "ส่วนที่เหลือของกระแส" กระแสที่ถูกกำหนดโดยความต้านทานของวงจร

2. LED ไม่ใช้กระแสไฟฟ้าที่มีอยู่ในวงจรหรือไม่? ถ้าไม่ส่วนที่เหลือหายไปไหน (นำกลับมาใช้ใหม่เป็นแหล่งพลังงานหรือไม่)

อีกครั้ง LED และตัวต้านทานจะกำหนดกระแสที่จะใช้ ไม่มี "ส่วนที่เหลือ"

3. ทำไม LED "ปล่อยแรงดันไฟฟ้า" ในปริมาณที่กำหนด? และจะเกิดอะไรขึ้นกับส่วนประกอบที่เหลือในซีรีส์แรงดันไฟฟ้าตกสำหรับส่วนประกอบทุกส่วนจนกระทั่งไม่มีอะไรเหลือ?

LED มีแรงดันไปข้างหน้าคงที่มากกว่าหรือน้อยกว่าที่กระแสที่กำหนด แรงดันไฟฟ้าส่วนที่เหลือจะลดลงทั่วทั้งตัวต้านทาน ที่กำหนดกระแสผ่านไฟ LED

4. ฉันเพิ่งดูวิดีโอที่ผู้ชายอธิบายตัวต้านทานดึง scetch ที่แสดง 12v -> ตัวต้านทาน -> LED --- 0V (คุณเลือกตัวต้านทานของคุณในระดับ "ใช้กระแสไฟฟ้า / แรงดันไฟฟ้าทั้งหมด" ก่อนที่มันจะถึงจุดสิ้นสุดของวงจรหรือไม่ Youtube Video

ในวงจรอนุกรมใด ๆ แรงดันไฟฟ้าที่ใช้จะถูกแบ่งออกระหว่างองค์ประกอบต่างๆของวงจรอนุกรมนั้น กระแสไฟฟ้าถูกกำหนดโดยความต้องการขององค์ประกอบของวงจรและมีค่าคงที่ตลอดวงจรอนุกรม

โปรดทราบว่าแรงดันไฟฟ้าเป็นเพียงการวัดศักยภาพของอิเล็กตรอนที่ไหลระหว่างสองจุด มันวัดเสมอระหว่างสองจุดและค่า 0 โวลต์บอกเราว่าจะไม่มีกระแสระหว่างจุดสองจุดเดียวกัน

5. ทำไมแบตเตอรี่ถึงสั้นจนตายถ้าคุณเชื่อมต่อขั้วโดยตรง แต่ถ้าคุณเพิ่มหลอดไฟ (ตัวต้านทาน) มันไม่ได้?

สั้นตายมีความต้านทานเป็นศูนย์และใช้จำนวนมากในปัจจุบันจากอุปทาน หลอดไฟมีความต้านทานและใช้กระแสน้อยกว่ามาก

6. ฉันได้ทำการค้นคว้าวิจัยมาหลายชั่วโมงแล้วและฉันเข้าใจว่าตัวต้านทานทำอะไร แต่ฉันไม่เข้าใจว่าทำไมมันถึงต้องการ (เพื่อไม่ให้แบตเตอรีสั้นลงเลย? .. นี่หมายความว่ากินไฟทั้งหมดก่อน มันกลับไปที่ขั้วบวก?)

จำเป็นต้องมีตัวต้านทานเพื่อตั้งค่ากระแสและปรับระดับแรงดันไฟฟ้าผ่านวงจรอนุกรม พวกเขาจะใช้สำหรับฟังก์ชั่นอื่น ๆ เช่นส่วนหนึ่งของตัวกรองความถี่ออสซิลเลเตอร์ ฯลฯ เป็นต้น

7. ทำไมหลอดไฟที่แตกต่างกันทำงานในแบตเตอรี่เดียวกัน (ความต้านทานที่แตกต่างกัน แต่ไม่สั้นเลย?)

หลอดไฟที่แตกต่างกันมีความต้านทานต่างกัน

---

ในการทำความเข้าใจทั้งหมดนี้คุณต้องทำความคุ้นเคยกับกฎของโอห์มและกฎแรงดันไฟฟ้าของ Kirchoff

---

แก้ไข: การเพิ่มคำถามความคิดเห็นเนื่องจากมีประโยชน์ทั้งหมดด้วยตัวเองและอาจถูกย้ายข้อมูล

ฉันถูกต้องในการระบุต่อไปนี้: "ถ้าฉันใส่ LED โดยตรงบนแหล่งพลังงาน 600maH ก็จะ" ใช้ "ทุกอย่างที่มี (600maH) ฉันจะสอบเทียบตัวต้านทานเพื่อต้านทานกระแสเพียงพอเพื่อป้อน LED เฉพาะสิ่งที่ต้องการ

แหล่งพลังงาน 600mAh มีความหมายค่อนข้างน้อยที่นี่ mAh เป็นการวัดจำนวนประจุและพลังงานทั้งหมดอย่างมีประสิทธิภาพซึ่งแบตเตอรี่จะจ่ายให้ในเวลาใดก็ตาม หากวงจรของคุณใช้เวลา 1mA แบตเตอรี่จะใช้งานได้ 600 ชั่วโมง หากวงจรของคุณใช้เวลา 1A แบตเตอรี่จะใช้เวลา 36 นาทีเท่านั้น หมายเหตุหน่วย ... mA * ชั่วโมง

แบตเตอรี่ที่ใหญ่กว่าด้วยเทคโนโลยีและแรงดันไฟฟ้าเดียวกันมี mAh มากกว่า

พลังงานที่สามารถส่งมอบได้ในเวลาใดก็ตามขึ้นอยู่กับความต้านทานขั้วของแบตเตอรี่และความเร็วในการตอบสนองทางเคมีของแบตเตอรี่ แบตเตอรี่ Li-Ion 3.7V 600mAh จะส่งพลังงานดิบมากกว่าอัลคาไลน์ 1.5V 600mAh พลังงานและพลังงานไม่เหมือนกัน ในที่สุดแม้ว่าโหลดวงจรจะกำหนดว่าแบตเตอรี่จะดูดประจุออกมาได้มากแค่ไหนและเร็วแค่ไหนสมมติว่ามันไม่ได้วาดเร็วเกินไป ณ จุดนี้แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่จะลดลง

คุณต้องนึกถึงแบตเตอรี่เช่นถังแก๊สในรถของคุณ ความเร็วของก๊าซจะลดลงตามความเร็วที่คุณขับ 600mAh เพียงกำหนดว่า "ถังแก๊ส" ใหญ่แค่ไหน ก๊าซจะต้องไปจากถังไปยังเครื่องยนต์ผ่านท่อและหัวฉีด หากคุณต้องการก๊าซมากเกินไปมันจะไม่ผ่านความเร็วที่เร็วพอและเครื่องยนต์จะได้รับก๊าซหมด

นี่คือบทนำทางฟิสิกส์ตามแนวคิด EE ที่คุณพยายามเข้าใจ

คำถามของคุณจะได้รับคำตอบที่ด้านล่าง

---

ทุกอย่างมาจากการไหลของ "ประจุ"

อิเล็คทรอนิคส์เนื่องจากอิเล็กตรอนคำว่ารูตหมายถึงการศึกษาการไหลของอิเล็กตรอนในระบบหนึ่ง ๆ

อิเล็กตรอนเป็น "พาหะ" พื้นฐานที่มีประจุอยู่ในวงจรทั่วไป กล่าวคือมันเป็นวิธีที่การประจุทำให้ "เคลื่อนที่ไปรอบ ๆ " ในวงจรส่วนใหญ่

เรายอมรับข้อตกลงการลงนามโดยกล่าวว่าอิเล็กตรอนมีประจุเป็นลบ ยิ่งไปกว่านั้นอิเล็กตรอนยังเป็นหน่วยประจุที่เล็กที่สุดในระดับอะตอม (ฟิสิกส์คลาสสิก) สิ่งนี้เรียกว่าประจุไฟฟ้า "ประถม" และตั้งอยู่ที่คูลอมบ์$-1.602{\times}{10}^{-19}$

ในทางกลับกันโปรตอนมีประจุบวกที่ลงนามแล้วคูลอมบ์$+1.602{\times}{10}^{-19}$

อย่างไรก็ตามโปรตอนไม่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างง่ายดายเพราะโดยทั่วไปแล้วพวกมันจะถูกผูกไว้กับนิวตรอนภายในนิวเคลียสของอะตอมด้วยแรงนิวเคลียร์ มันใช้พลังงานมากขึ้นในการกำจัดโปรตอนออกจากนิวเคลียสของอะตอม (พื้นฐานสำหรับเทคโนโลยีฟิชชันนิวเคลียร์โดยวิธีการ) กว่าจะเอาอิเล็กตรอนออกไป

ในทางกลับกันเราสามารถแยกอิเล็กตรอนออกจากอะตอมของพวกมันได้อย่างง่ายดาย ในความเป็นจริงเซลล์สุริยะนั้นมีพื้นฐานมาจากผลโฟโตอิเล็กทริก (หนึ่งในการค้นพบน้ำเชื้อของไอน์สไตน์) เพราะ "โฟตอน" (อนุภาคของแสง) ขับไล่ "อิเล็กตรอน" จากอะตอมของพวกมัน

---

สนามไฟฟ้า

ประจุทั้งหมดออกแรงสนามไฟฟ้า "ไปเรื่อย ๆ " สู่อวกาศ นี่คือรูปแบบเชิงทฤษฎี

เขตข้อมูลเป็นฟังก์ชันที่สร้างปริมาณเวกเตอร์ในทุกจุด (ปริมาณที่มีทั้งขนาดและทิศทาง ... เพื่ออ้างอิงDespicable Me )

อิเล็กตรอนสร้างสนามไฟฟ้าที่เวกเตอร์ที่แต่ละจุดในสนามชี้ไปทางอิเล็กตรอน (ทิศทาง) ที่มีขนาดใกล้เคียงกับกฎของคูลอมบ์:

$$\lvert \vec E\rvert~~=~~\underbrace{\frac{1}{4\pi\epsilon_{0}}}_{ \begin{array}{c} \text{constant} \\ \text{factor} \end{array} }~~\underbrace{\frac{\lvert q\rvert}{r^{2}}}_{ \begin{array}{c} \text{focus on} \\ \text{this part} \end{array} }$$

เส้นทางสามารถมองเห็นเป็น:

ทิศทางและขนาดเหล่านี้จะถูกกำหนดตามแรง (ทิศทางและขนาด) ที่จะกระทำเมื่อประจุทดสอบเป็นบวก กล่าวอีกนัยหนึ่งเส้นสนามเป็นตัวแทนของทิศทางและขนาดที่ประจุบวกทดสอบจะได้สัมผัส

ประจุลบจะมีประสบการณ์แรงของขนาดเดียวกันในฝ่ายตรงข้ามทิศทาง

ตามแบบแผนนี้เมื่ออิเล็กตรอนใกล้กับอิเล็กตรอนหรือโปรตอนใกล้กับโปรตอนพวกเขาจะขับไล่

---

การทับซ้อน: การเก็บค่าธรรมเนียม

หากคุณรวมสนามไฟฟ้าทั้งหมดที่ออกแรงเป็นรายบุคคลโดยประจุทั้งหมดในภูมิภาคในจุดใดจุดหนึ่งคุณจะได้รับสนามไฟฟ้าทั้งหมด ณ จุดนั้นซึ่งกระทำโดยประจุทั้งหมด

สิ่งนี้เป็นไปตามหลักการเดียวกันของการทับซ้อนที่ใช้ในการแก้ปัญหาเกี่ยวกับจลนศาสตร์ด้วยแรงหลายอย่างที่กระทำกับวัตถุเอกพจน์

---

ประจุบวกคือการขาดอิเล็กตรอน ประจุลบคือส่วนเกินของอิเล็กตรอน

โดยเฉพาะอย่างยิ่งนี้ใช้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เราจัดการกับการไหลของประจุผ่านวัสดุที่เป็นของแข็ง

การทำซ้ำอีกครั้ง: อิเล็กทรอนิกส์คือการศึกษาการไหลของอิเล็กตรอนเป็นตัวพาประจุ โปรตอนไม่ใช่ผู้ให้บริการหลัก

อีกครั้ง: สำหรับวงจรอิเล็กตรอนเคลื่อนที่โปรตอนไม่ได้

อย่างไรก็ตามประจุบวก "เสมือน" สามารถสร้างขึ้นได้หากไม่มีอิเล็กตรอนในบริเวณหนึ่งของวงจรเนื่องจากพื้นที่นั้นมีโปรตอนสุทธิมากกว่าอิเล็กตรอนโปรตอนสุทธิมากกว่าอิเล็กตรอน

เรียกคืนแบบจำลองอิเล็กตรอนของวาเลนซ์ของดาลตันโดยที่โปรตอนและนิวตรอนครอบครองนิวเคลียสขนาดเล็กที่ล้อมรอบด้วยอิเล็กตรอนที่โคจรอยู่

อิเล็กตรอนที่อยู่ไกลที่สุดจากนิวเคลียสในเปลือกนอกสุด "วาเลนซ์" มีแรงดึงดูดที่อ่อนแอที่สุดต่อนิวเคลียสตามกฎของคูลอมบ์ซึ่งบ่งชี้ว่ากำลังของสนามไฟฟ้านั้นแปรผกผันกับกำลังสองของระยะทาง

ด้วยการสะสมประจุเช่นบนจานหรือวัสดุอื่น ๆ (โดยการถูด้วยกันอย่างแรงเช่นในวันที่เฒ่าดี) เราสามารถสร้างสนามไฟฟ้า ถ้าเราวางอิเล็กตรอนในสนามนี้อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้ามกับเส้นสนามไฟฟ้า

หมายเหตุ: เนื่องจากกลศาสตร์ควอนตัมและการเคลื่อนที่แบบบราวเนียนจะอธิบายวิถีการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนแต่ละตัวนั้นค่อนข้างสุ่ม อย่างไรก็ตามอิเล็กตรอนทุกตัวจะมีการเคลื่อนที่แบบ "ธรรมดา" ขนาดมหึมาขึ้นอยู่กับแรงที่สนามไฟฟ้ากำหนด

ดังนั้นเราสามารถคำนวณได้อย่างแม่นยำว่าตัวอย่างอิเลคตรอนของอิเล็กตรอนจะตอบสนองต่อสนามไฟฟ้าอย่างไร

---

ศักย์ไฟฟ้า

$\lvert \vec E\rvert$

$$\lvert \vec E\rvert = \frac{1}{4\pi\epsilon_{0}} \frac{\lvert q\rvert}{r^{2}}$$

$r \to 0$$\lvert \vec E\rvert \to \infty$

$r \to \infty$$\lvert \vec E\rvert \to 0$

ทีนี้ลองพิจารณาความคล้ายคลึงของดาวเคราะห์ เมื่อมวลรวมสะสมของดาวเคราะห์เพิ่มขึ้นแรงโน้มถ่วงของมันก็เช่นกัน การทับซ้อนของแรงดึงโน้มถ่วงของสสารทั้งหมดที่มีอยู่ในมวลของดาวเคราะห์ก่อให้เกิดแรงดึงดูด

$\left(M_{\text{planet}} \gg m_{\text{you}}\right)$

การเรียกคืนจากจลนศาสตร์ว่าแรงโน้มถ่วงที่มีศักยภาพคือปริมาณของวัตถุที่อาจเกิดขึ้นได้เนื่องจากของระยะห่างจากจุดศูนย์กลางแรงโน้มถ่วงของโลก ศูนย์กลางความโน้มถ่วงของดาวเคราะห์นั้นสามารถใช้เป็นแหล่งกำเนิดแรงโน้มถ่วงจุดได้

$q$

ในกรณีที่มีความโน้มถ่วงเราคิดว่าสนามแรงโน้มถ่วงอยู่ห่างจากดาวเคราะห์อย่างไม่สิ้นสุด

หากเรามีมวล $m$$\vec g_{\text{planet}}$

$q_{\text{source}}$$\vec E_{\text{source}}$$r$

ผลลัพธ์นี้ใน:

• $\vec E$
• ประจุลบจะสูญเสียศักย์ไฟฟ้าเมื่อเคลื่อนที่$\vec E$
• ตรงกันข้ามประจุบวก $\vec E$
• ประจุบวกจะได้รับศักย์ไฟฟ้าเมื่อเคลื่อนที่ในทิศทางตรงข้ามสนามไฟฟ้า$\vec E$

---

ศักย์ไฟฟ้าในตัวนำ

พิจารณารูปแบบของตัวนำหรือโลหะทรานซิชันเช่นทองแดงหรือทองคำที่มี "ทะเลอิเล็กตรอน" "ทะเล" นี้ประกอบไปด้วยวาเลนซ์อิเล็กตรอนซึ่งมีการรวมตัวกันอย่างหลวม ๆ และ "แบ่ง" ระหว่างหมู่อะตอม

ถ้าเราใช้สนามไฟฟ้ากับอิเล็กตรอนที่“ หลวม” เหล่านี้พวกมันจะถูกโน้มน้าวด้วยค่าเฉลี่ยระดับมหภาคเพื่อเคลื่อนที่ไปในทิศทางที่กำหนดเมื่อเวลาผ่านไป

โปรดจำไว้ว่าอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงข้ามกับสนามไฟฟ้า

ในทำนองเดียวกันการวางความยาวของตัวนำลวดใกล้ประจุบวกจะทำให้เกิดการไล่ระดับประจุข้ามความยาวของเส้นลวด

ประจุที่จุดใดก็ได้บนเส้นลวดสามารถคำนวณได้โดยใช้ระยะห่างจากประจุแหล่งที่มาและคุณลักษณะที่รู้จักของวัสดุที่ใช้ในลวด

ประจุบวกเนื่องจากการขาดอิเล็กตรอนจะปรากฏไกลออกไปจากประจุแหล่งกำเนิดบวกขณะประจุลบเนื่องจากการสะสมและอิเล็กตรอนส่วนเกินจะเข้าใกล้ประจุแหล่งที่มา

เนื่องจากสนามไฟฟ้ามี "ความต่างศักย์" ปรากฏระหว่างจุดสองจุดบนตัวนำ นี่คือวิธีที่สนามไฟฟ้าสร้างแรงดันไฟฟ้าในวงจร

แรงดันไฟฟ้าถูกกำหนดให้เป็นความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างจุดสองจุดในสนามไฟฟ้า

ในที่สุดการกระจายประจุตามความยาวของเส้นลวดจะถึง "สมดุล" กับสนามไฟฟ้า สิ่งนี้ไม่ได้หมายความว่าประจุหยุดเคลื่อนไหว เฉพาะการเคลื่อนที่ของประจุ "สุทธิ" หรือ "เฉลี่ย" เข้าใกล้ศูนย์

---

แบตเตอรี่ที่ไม่เหมาะ

มาประกอบเป็น แหล่งพลังงานของเซลล์กัลวานิคหรือภูเขาไฟแหล่งพลังงานไฟฟ้าหรือฟ้มือถือ

$\left(\text{NH}_{4}\right)\left(\text{NO}_{3}\right)$ )

$\text{NH}_{4}^{+}$$\text{NO}_{3}^{-}$ 3

คำศัพท์ที่มีประโยชน์:

• ไอออนบวก :มีประจุบวก
• ประจุลบ :ลบ
• แคโทด :ไพเพอร์สะสมที่แคโทด
• ขั้วบวก :แอนไอออนสะสมที่ขั้วบวก

มีประโยชน์ช่วยในการจำ " ไอออน" คือ " ไอออน" คือ " egative ไอออน"

หากเราตรวจสอบปฏิกิริยาของเซลล์กัลวาไนซ์ทองแดง - ด้านบน:

$$\text{Zn}\left(\text{NO}_{3}\right)_{2}~~+~~\text{Cu}^{2+} \quad\longrightarrow\quad \text{Zn}^{2+}~~+~~\text{Cu}\left(\text{NO}_{3}\right)_{2}$$

$\text{Zn}^{2+}$$\text{Cu}^{2+}$

หมายเหตุ:ก่อนหน้านี้เรากล่าวว่าประจุบวกคือ "การขาด" ของอิเล็กตรอน ประจุบวก (ประจุบวก) นั้นเป็นค่าบวกเนื่องจากการกำจัดอิเล็กตรอนออกไปส่งผลให้ประจุอะตอมบวกสุทธิเนื่องจากโปรตอนในนิวเคลียส ไพเพอร์เหล่านี้เป็นมือถือในการแก้ปัญหาเซลล์ไฟฟ้า แต่ในขณะที่คุณสามารถดูไอออนไม่ได้เดินทางผ่านสะพานเชื่อมต่อกระแสไฟฟ้าทั้งสองด้านของเซลล์ นั่นคือมีเพียงอิเล็กตรอนเท่านั้นที่เคลื่อนที่ผ่านตัวนำเพียงอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่านตัวนำ

จากความจริงที่ว่าไพเพอร์บวกเคลื่อนย้ายและสะสมเข้าสู่แคโทดเราระบุว่ามันเป็นลบ (ประจุบวกจะถูกดึงดูดให้ติดลบ)

ในทางกลับกันเนื่องจากอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปข้างหน้าและสะสมที่ขั้วบวกเราจึงระบุว่าเป็นบวก (ประจุลบจะถูกดึงดูดให้เป็นบวก)

$\textbf{+}$$\textbf{-}$ ? นี่เป็นเพราะกระแสตามกระแสไหลของประจุบวกและประจุบวกไม่ใช่ประจุลบ

นี่เป็นเพราะปัจจุบันถูกกำหนดให้เป็นกระแสของประจุบวกเสมือนผ่านพื้นที่หน้าตัดการไหลของประจุบวกเสมือนผ่านพื้นที่หน้าตัดอิเล็กตรอนจะไหลตรงกันข้ามกับกระแสโดยการประชุม

สิ่งที่ทำให้เซลล์กัลวานิคนี้ไม่เหมาะคือในที่สุดกระบวนการทางเคมีที่สร้างสนามไฟฟ้าผ่านตัวนำและทำให้อิเล็กตรอนและประจุไฟฟ้าไหลจะเกิดความสมดุล

นี่เป็นเพราะการสะสมของไอออนที่ขั้วบวกและแคโทดจะป้องกันไม่ให้เกิดปฏิกิริยาต่อไปอีก

ในทางกลับกันแหล่งพลังงาน "อุดมคติ" จะไม่สูญเสียความแรงของสนามไฟฟ้า

---

แหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าในอุดมคติเป็นเหมือนตัวเลื่อนเวทย์

ลองย้อนกลับไปที่การเปรียบเทียบศักยภาพความโน้มถ่วง

สมมติว่าคุณอยู่บนเนินเขาและคุณมีทางเดินไปตามทางลงเขาที่สร้างด้วยกำแพงกระดาษแข็ง สมมติว่าคุณม้วนลูกเทนนิสลงบนเส้นทางนี้ด้วยกำแพงกระดาษแข็ง ลูกเทนนิสจะไปตามเส้นทาง

ในวงจรตัวนำจะก่อตัวเป็นเส้นทาง

สมมติว่าคุณมีบันไดเลื่อนที่ด้านล่างของเนินเขา เช่นเดียวกับเครื่องจักรของ Rube Goldberg บันไดเลื่อนจะพุ่งขึ้นมาตามลูกเทนนิสที่คุณกลิ้งไปตามทางแล้วลดลงเมื่อเริ่มต้นเส้นทางที่ด้านบนของเนินเขา

บันไดเลื่อนเป็นแหล่งพลังงานในอุดมคติของคุณ

ทีนี้สมมติว่าคุณเกือบเต็มความสุขกับเส้นทางทั้งหมด (รวมบันไดเลื่อน) ด้วยลูกเทนนิส ลูกเทนนิสยาวเหยียด

เนื่องจากเราไม่ได้ทำให้เส้นทางนั้นเปียกโชกอย่างสมบูรณ์ยังมีช่องว่างและที่ว่างสำหรับให้ลูกเทนนิสเคลื่อนไหว

ลูกเทนนิสที่ถูกยกขึ้นบันไดเลื่อนจะกระแทกกับลูกอีกลูกหนึ่งซึ่งจะกระแทกกับลูกอีกลูกหนึ่งซึ่ง ... ไปเรื่อย ๆ

ลูกเทนนิสวิ่งไปตามทางบนเนินเขาได้รับพลังงานเนื่องจากความต่างศักย์โน้มถ่วง พวกเขากระเด้งกันจนกระทั่งในที่สุดลูกบอลอีกลูกถูกส่งไปยังบันไดเลื่อน

ลองเรียกลูกเทนนิสอิเล็กตรอนของเราดู หากเราติดตามการไหลของอิเล็กตรอนลงเขาผ่าน "วงจร" กระดาษแข็งปลอมของเราจากนั้น "แหล่งพลังงาน" ของบันไดเลื่อนที่มีมนต์ขลังขึ้นมาเราจะสังเกตเห็นบางสิ่ง:

"ช่องว่าง" ระหว่างลูกเทนนิสกำลังเคลื่อนไปในทิศทางตรงข้ามกับลูกเทนนิส (สำรองขึ้นเขาและลงบันไดเลื่อน) และพวกเขาก็เคลื่อนไหวได้เร็วขึ้นมาก ลูกบอลกำลังเคลื่อนที่จากศักยภาพสูงไปสู่ศักยภาพต่ำ แต่ด้วยความเร็วที่ค่อนข้างช้า จากนั้นพวกมันจะถูกย้ายกลับไปที่ศักยภาพสูงโดยใช้บันไดเลื่อน

ด้านล่างของบันไดเลื่อนเป็นขั้วลบของแบตเตอรี่หรือแคโทดในเซลล์กัลวานิกที่เรากำลังพูดถึงก่อนหน้านี้

ด้านบนของบันไดเลื่อนเป็นขั้วบวกของแบตเตอรี่ได้อย่างมีประสิทธิภาพหรือขั้วบวกในเซลล์กัลวานิค ขั้วบวกมีศักย์ไฟฟ้าที่สูงขึ้น

---

ปัจจุบัน

โอเคดังนั้นทิศทางที่ประจุบวกไหลเข้าคือทิศทางของกระแสไฟฟ้า

ปัจจุบันคืออะไร

ตามคำจำกัดความคือ: จำนวนประจุที่ผ่านพื้นที่หน้าตัดต่อวินาที (หน่วย: คูลอมบ์ต่อวินาที) มันเป็นสัดส่วนโดยตรงกับพื้นที่ของหน้าตัดของลวด / วัสดุตัวนำและความหนาแน่นกระแส ความหนาแน่นกระแสคือจำนวนประจุที่ไหลผ่านหนึ่งหน่วยของพื้นที่ (หน่วย: คูลอมบ์ต่อเมตรกำลังสอง)

นี่คือวิธีคิดอีกวิธี:

หากคุณมีลูกเทนนิสที่ปล่อยลูกที่พุ่งเข้าหาบวกผ่านประตูจำนวนลูกที่ได้รับผ่านประตูต่อวินาทีจะเป็นตัวกำหนด "กระแส" ของลูกบอล

ลูกบอลเหล่านี้เคลื่อนที่เร็วแค่ไหน(หรือพลังงานจลน์ที่มีเมื่อชนกำแพง) คือ "แรงดันไฟฟ้า"

---

การอนุรักษ์ประจุและแรงดันไฟฟ้า

นี่คือหลักการพื้นฐาน

ลองคิดแบบนี้: มีจำนวนอิเล็กตรอนและโปรตอนจำนวนคงที่ ในวงจรไฟฟ้าสสารไม่ได้ถูกสร้างขึ้นหรือถูกทำลาย ... ดังนั้นประจุจึงยังคงเหมือนเดิม ในตัวอย่างบันไดเลื่อนลูกเทนนิสลูกบอลกำลังจะวนซ้ำ จำนวนลูกบอลยังคงอยู่

ในคำอื่น ๆ ค่าใช้จ่ายไม่ได้ "กระจาย" คุณไม่สูญเสียค่าใช้จ่าย

สิ่งที่เกิดขึ้นคือค่าใช้จ่ายจะลดลง แหล่งจ่ายแรงดันในอุดมคติให้ประจุศักย์ไฟฟ้ากลับ

แหล่งจ่ายแรงดันไม่สร้างประจุ พวกมันสร้างศักย์ไฟฟ้า

---

กระแสไหลเข้าและออกจากโหนดความต้านทาน

เรามาดูหลักการอนุรักษ์ประจุ การเปรียบเทียบที่คล้ายคลึงกันสามารถนำไปใช้กับการไหลของน้ำ

ถ้าเรามีระบบแม่น้ำที่ไหลลงมาจากภูเขาที่กิ่งแต่ละสาขานั้นคล้ายคลึงกับ "โหนด" ไฟฟ้า

          / BRANCH A
         /
        /
MAIN ---
        \
         \
          \ BRANCH B

-> downhill

ปริมาณน้ำที่ไหลเข้าสาขาต้องเท่ากับปริมาณน้ำที่ไหลออกจากกิ่งไม้โดยหลักการอนุรักษ์: น้ำ (ประจุ) ไม่ได้ถูกสร้างหรือทำลาย

อย่างไรก็ตามปริมาณน้ำที่ไหลลงมาตามกิ่งก้านสาขานั้นขึ้นอยู่กับว่า

ตัวอย่างเช่นหากสาขา A แคบมากสาขา B กว้างมากและสาขาทั้งสองมีความลึกเท่ากันดังนั้นสาขา B ตามธรรมชาติจะมีพื้นที่หน้าตัดใหญ่กว่า

ซึ่งหมายความว่า Branch B ทำให้ความต้านทานน้อยลงและปริมาณน้ำที่มากขึ้นสามารถไหลผ่านได้ในเวลาเดียว

สิ่งนี้อธิบายถึงกฎหมายปัจจุบันของ Kirchoff

---

คุณยังอยู่ที่นี้? ! น่ากลัว

1. เกิดอะไรขึ้นกับส่วนที่เหลือของกระแสที่ไม่ได้ใช้?

เนื่องจากหลักการอนุรักษ์ค่าใช้จ่ายทั้งหมดในโหนดจะต้องไหลออก ไม่มี "ที่ไม่ได้ใช้" ปัจจุบันเป็นเพราะปัจจุบันไม่ได้ใช้ ไม่มีการเปลี่ยนแปลงของกระแสในวงจรอนุกรมเดี่ยว

อย่างไรก็ตามจำนวนต่าง ๆ ของกระแสสามารถไหลลงสาขาต่าง ๆ ในโหนดไฟฟ้าในแบบคู่ขนานวงจรขึ้นอยู่กับความต้านทานของสาขาต่าง ๆ

2. LED ใช้กระแสไฟฟ้าทั้งหมดหรือไม่?

ในทางเทคนิคแล้ว LED และตัวต้านทานไม่ได้ "ใช้" ปัจจุบันเพราะไม่มีกระแสลดลง (จำนวนประจุที่ผ่าน LED หรือตัวต้านทานในหน่วยเวลา) นี่เป็นเพราะการอนุรักษ์ประจุที่ใช้กับวงจรอนุกรม: ไม่มีการสูญเสียประจุตลอดทั้งวงจรดังนั้นจึงไม่มีกระแสไฟฟ้าตก

จำนวนเงินในปัจจุบัน (ชาร์จ) จะถูกกำหนดโดยลักษณะการทำงานของไฟ LED และตัวต้านทาน (s) ตามที่อธิบายของพวกเขาโค้ง iv

3. ทำไม LED "ปล่อยแรงดันไฟฟ้า" ด้วยจำนวนที่กำหนด?

นี่คือวงจรไฟ LED พื้นฐานนี่คือวงจร

LED มีแรงดันการเปิดใช้งานปกติประมาณ ~ 1.8 ถึง 3.3 V หากคุณไม่ตรงกับแรงดันการเปิดใช้งานจะไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน อ้างถึงโค้ง LED iv ลิงค์ด้านล่าง

หากคุณพยายามที่จะผลักดันกระแสในทิศทางที่ตรงข้ามกับขั้วของไฟ LED คุณจะใช้ไฟ LED ในโหมด "ไบแอสแบบย้อนกลับ" ซึ่งแทบไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน โหมดการทำงานปกติของ LED คือโหมดไปข้างหน้า - ไบอัส นอกเหนือจากจุดที่แน่นอนในโหมดย้อนกลับอคติ LED "หยุดพัก"ตรวจสอบกราฟ iv ของไดโอด

LEDs เป็นจุดแยก PN ขึ้นอยู่กับระดับเฟอร์มีของซิลิโคนเจือ (ซึ่งขึ้นอยู่กับช่องว่างอิเล็กตรอนของวัสดุเจือ) อิเล็กตรอนต้องการพลังงานกระตุ้นจำนวนมากเพื่อข้ามไปยังระดับพลังงานอื่น จากนั้นพวกเขาแผ่พลังงานเป็นโฟตอนที่มีความยาวคลื่น / ความถี่ที่เฉพาะเจาะจงมากเมื่อพวกเขากระโดดกลับลงไปที่ระดับล่าง

บัญชีนี้มีประสิทธิภาพสูง (มากกว่า 90% ของพลังงานที่กระจายไปโดย LED ถูกแปลงเป็นแสงไม่ใช่ความร้อน) ของไฟ LED เมื่อเปรียบเทียบกับหลอดไส้และหลอด CFL

นี่คือเหตุผลที่แสง LED ดูเหมือนว่า "ประดิษฐ์": แสงธรรมชาติมีการผสมผสานที่เป็นเนื้อเดียวกันของความถี่ที่กว้าง; ไฟ LED จะปล่อยสัญญาณออกมาตามความถี่ที่เฉพาะเจาะจงของแสง

ระดับพลังงานยังอธิบายว่าทำไมแรงดันไฟฟ้าตกคร่อม LED (หรือไดโอดอื่น ๆ ) ได้อย่างมีประสิทธิภาพ "คงที่" แม้กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่าน ตรวจสอบเส้นโค้ง iv สำหรับ LED หรือไดโอดอื่น ๆ : นอกเหนือจากแรงดันการเปิดใช้งานปัจจุบันจะเพิ่มมากขึ้นสำหรับแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเล็กน้อย ในสาระสำคัญ LED จะพยายามปล่อยให้กระแสไหลผ่านได้มากเท่าที่จะเป็นไปได้จนกว่ามันจะเสื่อมสภาพทางร่างกาย

นี่คือเหตุผลที่คุณใช้ตัวต้านทาน จำกัด กระแสในบรรทัดเพื่อ จำกัด การไหลปัจจุบันผ่านไดโอด / ไฟ LED ไปยัง milliamp จัดอันดับที่เฉพาะเจาะจงขึ้นอยู่กับข้อมูลจำเพาะ LED

3 (ข) และจะเกิดอะไรขึ้นกับส่วนประกอบที่เหลือในซีรีส์แรงดันไฟฟ้าตกสำหรับส่วนประกอบทุกส่วนจนกระทั่งไม่มีอะไรเหลือ?

อ้างกฎหมายแรงดัน Kirchoff คือว่าผลรวมของทุกหยดแรงดันไฟฟ้าในวงรอบวงจรเป็นศูนย์ ในวงจรอนุกรมเรียบง่ายมีเพียงหนึ่งวงเท่านั้น

4. คุณเลือกตัวต้านทานตามขนาด "ใช้กระแสไฟฟ้า / แรงดันไฟฟ้าทั้งหมด" ก่อนถึงจุดสิ้นสุดของวงจรหรือไม่?

ฉบับที่คุณเลือกต้านทานของคุณขึ้นอยู่กับคะแนน LED (พูด 30 mA = 0.03 A) และกฎของโอห์มตามที่อธิบายไว้ในบทความวงจรไฟ LED

แรงดันไฟฟ้าของคุณจะหมดลง กระแสของคุณยังคงเหมือนเดิมตลอดวงจรซีรีย์เดียว

5. ทำไมแบตเตอรี่ถึงสั้นจนตายถ้าคุณเชื่อมต่อขั้วโดยตรง แต่ถ้าคุณเพิ่มหลอดไฟ (ตัวต้านทาน) มันไม่ได้?

ฉันไม่แน่ใจว่าคุณหมายถึงอะไรโดย "ตายสั้น"

การเชื่อมต่อขั้วของแบตเตอรี่เข้าด้วยกันส่งผลให้กระแสไฟฟ้าไหลออกเป็นจำนวนมากที่แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ แรงดันไฟฟ้านั้นจะกระจายไปตามความต้านทานภายในของแบตเตอรี่และลวดตัวนำในรูปของความร้อน - เพราะแม้แต่ตัวนำก็มีความต้านทานอยู่บ้าง

นี่คือเหตุผลที่แบตเตอรี่ shorted ได้รับความร้อนสูงสุด ความร้อนนั้นสามารถส่งผลเสียต่อองค์ประกอบของเซลล์เคมีจนกว่าจะมีการระเบิด

6. ทำไมตัวต้านทานจึงจำเป็น?

นี่คือวาทศาสตร์: ลองนึกภาพว่ามีคอนเสิร์ตที่น่าตื่นตาตื่นใจนี้ วงโปรดของคุณทั้งหมดจะไปที่นั่น มันจะเป็นช่วงเวลาที่ดีที่สุดยอดเยี่ยม

สมมติว่าผู้จัดงานไม่มีแนวคิดของความเป็นจริง ดังนั้นพวกเขาจึงทำให้ค่าเข้าชมคอนเสิร์ตที่น่าตื่นตาตื่นใจนี้เกือบฟรี พวกเขาวางไว้ในพื้นที่ที่เข้าถึงได้ง่ายมาก ในความเป็นจริงพวกเขาไม่เป็นระเบียบพวกเขาไม่สนใจว่าพวกเขาจะดูแลหรือไม่และมีที่นั่งไม่เพียงพอสำหรับทุกคนที่ซื้อตั๋ว

โอ้และนี่คือ NYC

คอนเสิร์ตเร็วนี้น่าอัศจรรย์มากทีเดียว ผู้คนนั่งกันดื่มเบียร์กันทุกหนทุกแห่ง การต่อสู้กำลังก่อตัวขึ้นห้องน้ำถูกอัดแน่นกลุ่มต่างพากันคลั่งไคล้และคุณแทบจะไม่ได้ยินเสียงเพลงเลย

คิดว่า LED ของคุณเป็นคอนเสิร์ตที่น่าอัศจรรย์ และคิดว่าไฟ LED ของคุณจะเลอะเทอะแค่ไหนถ้าคุณไม่มีความต้านทานเพิ่มขึ้นเพื่อป้องกันไม่ให้ทุกคนและคุณแม่ของพวกเขาแสดงคอนเสิร์ต

ในตัวอย่างโง่นี้ "การต่อต้าน" แปลเป็น "ต้นทุนการเข้า" ด้วยหลักการทางเศรษฐกิจที่เรียบง่ายการเพิ่มค่าใช้จ่ายของคอนเสิร์ตลดจำนวนคนที่จะเข้าร่วม

ในทำนองเดียวกันการเพิ่มความต้านทานในวงจรป้องกันไม่ให้ประจุ (และต่อมากระแส) จากการผ่าน ซึ่งหมายความว่า LED (คอนเสิร์ต) ของคุณจะไม่ได้รับความเสียหายจากทุกคน (เสียค่าใช้จ่าย)

ใช่วิศวกรรมไฟฟ้าเป็นงานปาร์ตี้ที่แท้จริง

วิธีที่เร็วที่สุดในการทำความเข้าใจเกี่ยวกับไฟฟ้าพื้นฐานคืออะไร? เพียงเน้นปัญหา "ปุ่มลัด" ดังต่อไปนี้ แก้ไขแนวคิดทางจิตของคุณและทุกอย่างเข้าที่และเข้าท่า

ตัวนำเป็นวัสดุที่ประกอบด้วย "ไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ได้" พวกเขาไม่นำไฟฟ้าแทนพวกเขามีกระแสไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าสามารถเคลื่อนที่ ระวังคำจำกัดความที่ไม่ถูกต้องที่แพร่หลายของตัวนำ:

ผิด: ตัวนำมีความโปร่งใสถึงกระแสเช่นท่อน้ำเปล่า? Nope

การแก้ไข: ตัวนำทั้งหมดมีประจุที่เคลื่อนย้ายได้เช่นท่อที่เติมน้ำ

สายไฟเป็นเหมือนท่อที่เติมไว้ล่วงหน้าซึ่งอิเล็กตรอนของโลหะเป็นเหมือนน้ำที่อยู่ภายในท่อ ในโลหะอิเล็กตรอนของอะตอมจะกระโดดไปรอบ ๆ อย่างต่อเนื่องและ 'โคจร' ตลอดทั้งกลุ่มโลหะทั้งหมด โลหะทั้งหมดประกอบด้วย 'ทะเล' ของกระแสไฟฟ้าที่มีลักษณะคล้ายของเหลวที่เคลื่อนที่ได้ ดังนั้นถ้าเราต่อสายโลหะบางวงเข้าด้วยกันเราจะสร้างสายพานไดรฟ์หรือมู่เล่แบบปกปิด เมื่อเกิดลูปขึ้นมาแล้ววง "ไฟฟ้าเข็มขัด" แบบวงกลมก็สามารถเคลื่อนที่เข้าไปในโลหะได้ (ถ้าเราคว้าและกระดิกลวดวงกลมของเราเราจะผลิตกระแสไฟฟ้าเล็ก ๆ โดยความเฉื่อยราวกับว่าลวดนั้นเป็นท่อที่เต็มไปด้วยน้ำค้นหา: ผลโทลแมน)

เส้นทางสำหรับกระแสเป็นวงกลมที่สมบูรณ์รวมถึงแหล่งจ่ายไฟ แหล่งจ่ายไฟไม่ได้จ่ายอิเลคตรอนใด ๆ (กล่าวอีกนัยหนึ่งวงกลมนั้นไม่ได้เริ่มต้นมันคือลูปเหมือนกับล้อหมุนที่เคลื่อนที่ได้) อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ได้นั้นมีส่วนร่วมด้วยสายไฟเอง อุปกรณ์ไฟฟ้าเป็นเพียงปั๊มไฟฟ้า เส้นทางสำหรับกระแสไฟฟ้าผ่านแหล่งจ่ายไฟและถอยออก แหล่งจ่ายไฟเป็นเพียงส่วนหนึ่งของวงปิด

กระแสไฟฟ้าเป็นกระแสที่ค่อนข้างช้า แต่เช่นเดียวกับล้อและสายพานขับเคลื่อนเมื่อเรากดที่ส่วนใดส่วนหนึ่งของล้อล้อทั้งหมดจะเคลื่อนที่เป็นหน่วย เราสามารถใช้สายพานขับเคลื่อนยางเพื่อถ่ายโอนพลังงานเชิงกลได้ทันที เราสามารถใช้ไฟฟ้าวงปิดเพื่อถ่ายโอนพลังงานไฟฟ้าไปยังส่วนใด ๆ ของลูปได้ทันที ทว่าตัวลูปไม่ขยับตามความเร็วแสง! ลูปเองเคลื่อนที่ช้า และสำหรับระบบ AC นั้นจะวนกลับไปมาในขณะที่พลังงานเคลื่อนที่ไปข้างหน้าอย่างต่อเนื่อง คำใบ้ใหญ่: ยิ่งอิเล็กตรอนเร็วขึ้นเท่าไหร่แอมป์ก็จะยิ่งสูงขึ้น ศูนย์แอมป์? นั่นคือเมื่ออิเล็กตรอนของสายไฟหยุดชะงัก คำใบ้อีกข้อ: พลังงานไฟฟ้าคือคลื่นและอิเล็กตรอนเป็น "ตัวกลาง" ซึ่งคลื่นเคลื่อนที่ คลื่นกลางสั่นไปมาในขณะที่คลื่นเคลื่อนที่ไปข้างหน้าอย่างรวดเร็ว หรือคนกระตุกขนาดกลางเคลื่อนไหวไปข้างหลังอย่างช้าๆ ในขณะที่คลื่นเคลื่อนที่ไปข้างหน้าอย่างรวดเร็วมาก (กล่าวอีกนัยหนึ่งไม่มี "ไฟฟ้า" อยู่จริงเพราะมีสองสิ่งที่แยกกันอยู่ภายในวงจร: กระแสไฟฟ้าหมุนวนช้าของอิเล็กตรอนและการแพร่กระจายของพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าทางเดียวแบบเร็วพวกมันเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่ต่างกันทั้งหมดสองวงจร และในขณะที่กระแสไหลวนเป็นวงพลังงานจะไหลทางเดียวจากแหล่งสู่ผู้บริโภค)

แบตเตอรี่ไม่เก็บไฟฟ้า พวกเขาไม่เก็บค่าไฟฟ้า พวกเขาไม่แม้แต่จะเก็บพลังงานไฟฟ้า แต่แบตเตอรี่จะเก็บ "เชื้อเพลิง" ทางเคมีในรูปแบบของโลหะที่ไม่ได้ถูกย่อยเช่นลิเธียม, สังกะสี, ตะกั่วและอื่น ๆ แต่แล้วแบตเตอรี่จะทำงานได้อย่างไร ใช้งานง่าย: แบตเตอรี่เป็นปั๊มจ่ายสารเคมี ในขณะที่แผ่นโลหะของพวกเขากัดกร่อนพลังงานเคมีก็จะถูกปลดปล่อยออกมา เส้นทางสำหรับกระแสผ่านแบตเตอรี่และกลับออกมาอีกครั้ง (ปั๊มไม่ได้ใช้สำหรับเก็บสิ่งของที่ถูกสูบ!) และ 'ความจุ' ของแบตเตอรี่เป็นเพียงปริมาณเชื้อเพลิงเคมีภายใน เชื้อเพลิงจำนวนหนึ่งสามารถปั๊มจำนวนอิเลกตรอนได้ทั้งหมดก่อนที่เชื้อเพลิงจะหมด (มันเหมือนกับการให้คะแนนถังแก๊สของคุณในการเดินทางมากกว่าในแกลลอนถังแก๊สไม่เก็บไมล์และแบตเตอรี่ไม่เก็บไฟฟ้า!) แบตเตอรี่ที่สามารถชาร์จใหม่ได้? นั่นคือเมื่อเราบังคับให้พวกมันถอยหลังดังนั้น "ผลิตภัณฑ์ไอเสีย" ภายในของพวกมันจะถูกเปลี่ยนกลับเป็นเชื้อเพลิง: สารประกอบการกัดกร่อนจะเปลี่ยนกลับไปเป็นโลหะอีกครั้ง

ตัวต้านทานไม่กินกระแสไฟฟ้า เมื่อเปิดหลอดไฟอิเล็กตรอนของมันเองก็จะเริ่มเคลื่อนที่เมื่ออิเล็กตรอนใหม่เข้าสู่ปลายด้านหนึ่งของไส้หลอด แต่ในเวลาเดียวกันอิเล็กตรอนตัวอื่นก็จะออกจากปลายสุดไปไกล ไส้หลอดเป็นส่วนหนึ่งของวงแหวนอิเล็กตรอนที่สมบูรณ์ซึ่งเคลื่อนที่เหมือนสายพานขับ เอฟเฟกต์ความร้อนเป็นแรงเสียดทานชนิดหนึ่งเมื่อคุณใช้นิ้วโป้งกับขอบยางหมุน (นิ้วโป้งของคุณไม่ได้ใช้ยางแทน แต่มันร้อนขึ้นอย่างเสียดสีและหลอดไฟไม่กินอิเล็กตรอนพวกมันแค่ "ถูกับ" อิเล็กตรอนที่กำลังเคลื่อนที่ เส้นทางของอิเล็กตรอนนั้นผ่านไปแล้วและไม่มีการสูญเสียหรือสูญเสียอิเล็กตรอน โปรดทราบว่ายิ่งอิเล็กตรอนเร็วเท่าไรแอมแปร์ก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้นและยิ่งมีความร้อนมากขึ้น กระแสไฟฟ้า "ต่ำ" เป็นเพียงกระแสไฟฟ้าที่ช้า

ฉันเป็นมือใหม่ แต่พยายามตอบคำถามของคุณ:

1. ไม่มี 'ส่วนที่เหลือ' ของปัจจุบัน กระแสไฟฟ้าถูกใช้มากเท่าที่ต้องการ หากคุณเชื่อมต่อสายจาก + (VCC) ถึง - (GND) คุณจะได้รับไฟฟ้าลัดวงจร ดูว่าไม่มีเบรคใดที่อิเล็กตรอนสามารถวิ่งได้เร็ว

2. หากไม่มีตัวต้านทาน LED จะใช้อิเล็กตรอนใน 'ความเร็ว' ที่เร็วที่สุด เนื่องจากสิ่งนี้มากเกินไป LED จะไหม้ (ไม่ช้าก็เร็ว)

3. ฉันไม่รู้สาเหตุที่มันลดลงอาจเป็นไปได้ว่ากลไกภายในของ LED ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าที่จะใช้ นี่หมายความว่าส่วนที่เหลือมีแรงดันไฟฟ้าเหลือน้อยลง และใช่มันจะดำเนินต่อไปจนกว่าจะไม่มีอะไรเหลืออยู่ สิ่งนี้อาจทำให้ไฟ LED เพิ่มเติมไม่สว่างหรือกระพริบ / ทำงานผิดปกติหรือหรี่ลง

4. ที่จริงคุณควรคำนวณเนื่องจากความสว่างที่คุณต้องการนำของคุณเป็น ดังนั้นตัวต้านทานที่สูงขึ้นทำให้ LED สว่างน้อยลง

5. หลอดไฟมีความต้านทานภายในดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องมีตัวต้านทาน

6. ไม่กินแบตเตอรี่มันแค่ทำให้อิเลคตรอนไหลช้าลง (อย่างน้อยนั่นก็คือการเปรียบเทียบที่ง่าย)

7. หลอดไฟแต่ละหลอดมีความต้านทานภายในดังนั้นจึงไม่ทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจร ถ้าคุณใช้แรงดันไฟฟ้ามากเกินไปมันจะแตก

อ่านเกี่ยวกับโมเดลน้ำไฟฟ้า มันเปรียบเทียบกระแสกับน้ำที่ไหลไปรอบ ๆ และสามารถช่วยให้เข้าใจเงื่อนไขเช่นกระแสและแรงดันไฟฟ้า

แก้ไข
ฉันพูดถึงโมเดลนี้เพราะมันช่วยให้ฉันเข้าใจหลายสิ่งหลายอย่างมาก
laptop2d ถูกต้องคำอธิบายดีกว่า "ลองดูสิ" แต่มันก็ค่อนข้างยาวที่จะอธิบายทุกสิ่งที่นี่เมื่อเว็บไซต์อื่นทำอย่างถูกต้องแล้ว ฉันไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญและอธิบายสิ่งต่าง ๆ เป็นภาษาอังกฤษอาจไม่ใช่ความคิดที่ดีที่สุด ... แต่มาลองกันดู

ช่วยแก้ให้ด้วยนะถ้าฉันผิด!

เปรียบเทียบไฟฟ้ากับถังเก็บน้ำด้านบน - แหล่งจ่าย - และถังเก็บน้ำด้านล่าง - อ่างล้างจาน ในถังด้านบนมีน้ำที่ต้องการไหลผ่านท่อเข้าไปในถังด้านล่าง นี่คือแบตเตอรี่ของคุณ การชาร์จแบตเตอรี่หมายถึงการเติมน้ำจากถังด้านล่างลงในถังด้านบน มีถังด้านบนที่ว่างเปล่าเป็นแบตเตอรี่ที่ว่างเปล่า
ลองนึกภาพว่ามีท่อจากบนลงล่างคือลวด
น้ำต้องการไหลลงท่อ - แบตเตอรี่ต้องการผลิตกระแสไฟฟ้าในสาย
เปรียบเทียบวาล์วในท่อกับสวิตช์
การเปิดวาล์วถึงครึ่งหนึ่งสามารถเข้าใจได้ในฐานะตัวต้านทาน มัน จำกัด การไหลของน้ำ
กงล้อน้ำเป็นของผู้บริโภคและตัวต้านทานเช่นกัน มัน จำกัด การไหลของน้ำด้วย หากใช้วาวล์เพิ่มเติมเพื่อสร้างความต้านทานความเร็วในการหมุนของล้อสามารถควบคุมได้
แรงดันน้ำระหว่างสองถังคือแรงดัน ถังที่วางสูงกว่าจะมีแรงดันสูงกว่าเมื่อเทียบกับถังล่าง
ปริมาณน้ำที่ไหลใน 1 วินาทีผ่านทางท่อคือกระแสไฟฟ้า ระวังเวลาที่นี่!
แรงดันน้ำตัวต้านทานและปริมาณน้ำไหลขึ้นอยู่กับแต่ละอื่น ๆ นี่คือกฎของโอห์ม ท่อกว้างที่ไม่มีสิ่งใดระหว่างให้น้ำไหลหนักอย่างไม่สามารถควบคุม - ไฟฟ้าลัดวงจร ถังและท่ออาจเสียหายได้

ด้วยรุ่นนี้คุณสามารถเข้าใจสิ่งต่าง ๆ ได้ดีขึ้น ตัวอย่างเช่นน้ำที่ไม่ไหลผ่านล้อไม่ไปที่อื่น มันรออยู่ในถังเพื่อใช้ในภายหลัง

คำตอบที่ได้นั้นจะมุ่งเน้นไปที่ตัวอย่างเฉพาะในคำถามซึ่งทั้งหมดนั้นมีข้อ จำกัด อยู่ในขอบเขต ฉันเชื่อว่าความเข้าใจผิดที่เกิดขึ้นจากความคุ้นเคยกับตรรกะดิจิทัลมากกว่าวงจรอนาล็อกแบบดั้งเดิม (นำไปสู่ตัวอย่างที่ จำกัด เหล่านี้)

แบบง่ายๆวงจรดิจิตอล (เช่น MPU) สามารถสร้างขึ้นด้วยองค์ประกอบการเปิด / ปิดเพียง 'ยาก' วงจรรวมถูกสร้างเช่นนี้เพื่อปรับปรุงการใช้พลังงาน

ตัวต้านทานมีความสำคัญเมื่อใดก็ตามที่วงจรกลายเป็นอนาล็อก (หรือจริงตามที่บางคนอาจแสดงออก) หากขนาดของสัญญาณของคุณมีความสำคัญ

• วงจร op-amp แบบคลาสสิก (ยกเว้นการเพิ่มเป็น -1) จะขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของตัวต้านทาน
• ตัวแปลง A / D และ D / A อาจใช้ตัวต้านทาน
• การควบคุมสถานะเริ่มต้น (ดึงขึ้น / ดึงลง) ใช้ตัวต้านทาน
• วงจรจับเวลาง่าย ๆ ใช้เครือข่าย RC คุณอาจเห็นสิ่งนี้ในวงจรหน่วงเวลาการรีเซ็ต
• การชาร์จแบตเตอรี่แรงดันไฟฟ้าและกฎระเบียบในปัจจุบันใช้ตัวต้านทานตามที่ระบุในคำถาม - ในฟังก์ชั่นป้อนกลับและความเสถียรที่หลากหลาย

ลักษณะอนาล็อกของวงจรสมัยใหม่จำนวนมากถูกบดบังหรืออยู่ในโมดูลที่บรรจุล่วงหน้า การเกิดขึ้นของการออกแบบดิจิทัลได้ลดโอกาสในการเข้าใจแนวคิดอะนาล็อกอย่างง่าย

TL; DR สำหรับเคสเฉพาะของ LED (ตามที่ถาม):

โหลดใด ๆ ที่เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าคงที่ DC (เช่นแบตเตอรี่) ที่ไม่มีประสิทธิภาพตัวต้านทานของคำอธิบายบางอย่าง - ไม่สามารถดึงพลังงานจากแบตเตอรี่หรือไฟฟ้าลัดวงจร

โหลดไฟฟ้าบางตัวมักจะทำหน้าที่เป็นตัวต้านทาน (และเป็นตัวต้านทาน แต่ไม่ได้ดูเหมือนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์) เช่นหลอดไฟเครื่องทำความร้อนพื้นที่เตาอบ หากได้รับการออกแบบอย่างถูกต้องจะควบคุมการใช้พลังงานด้วยตนเองหากป้อนจากแหล่งจ่ายแรงดันคงที่ (แบตเตอรี่, แหล่งจ่ายไฟหลัก, อุปกรณ์จ่ายไฟส่วนใหญ่)

บางคน (เช่นมอเตอร์หม้อแปลง) ในขณะที่ไม่ใช่ตัวต้านทานจะทำงานเทียบเท่ากับหนึ่งเมื่อเชื่อมต่อกับACแรงดันคงที่แหล่งที่

โหลดอื่น ๆ (เช่นไฟ LED, หลอด flourescent เปล่า) ไม่ได้ในตัวเองทำงานเป็นตัวต้านทานและไม่สามารถที่จะควบคุมการใช้พลังงานของตัวเองเมื่อเลี้ยงจากแหล่งแรงดันคงที่ แหล่งจ่ายไฟที่เหมาะสำหรับการโหลดเหล่านี้คือแหล่งจ่ายกระแสคงที่และส่วนประกอบพิเศษที่จำเป็นรอบตัวพวกมันอยู่ที่นั่นเพื่อให้แหล่งจ่ายไฟแรงดันคงที่ของคุณทำงานอย่างเพียงพอเช่นแหล่งจ่ายกระแสคงที่

หวังว่าคำตอบที่โพสต์แล้วจะให้ความกระจ่าง แต่ถ้าฉันพลาดไปมันมีคำถามหนึ่งข้อที่ยังไม่ครอบคลุม: "ทำไมแบตเตอรี่ถึงสั้นมากถ้าคุณเชื่อมต่อขั้วโดยตรง แต่ถ้าคุณเพิ่มหลอดไฟ ( ตัวต้านทาน) มันไม่ได้เหรอ? "

ที่จริงแล้วเมื่อมันเย็น (เช่นไม่สว่าง), หลอดไส้เกือบจะเป็นสั้นมาก ความต้านทานของมันต่ำมาก - แต่โดยทั่วไปจะมีอะไรมากกว่าสายที่เชื่อมต่อกับมัน ดังนั้นเราสามารถประมาณสถานการณ์เป็นตัวต้านทานค่าต่ำมากในวงจรที่ไม่มีความต้านทานได้ ด้วยเหตุนี้เมื่อแบตเตอรี่เชื่อมต่อครั้งแรกความต่างศักย์ทั้งหมด (แรงดันไฟฟ้า) ตกคร่อมความต้านทานเล็กน้อยของหลอดทำให้กระแสไฟฟ้าสูง (กฎของโอห์มทำงาน) เมื่อเรามีแรงดันไฟฟ้าที่เสถียรเป็นส่วนใหญ่ที่กระแสสูงในส่วนประกอบมันจะกินจำนวนมากพลังงาน (P = IV) และดังนั้นมันจะร้อนขึ้น (เช่นกันแบตเตอรี่ประสบการณ์ความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นและกระแสที่แน่นอนเดียวกันดังนั้นจึงร้อนขึ้น เหมือนกัน - แต่มันก็เป็นของหนักชิ้นใหญ่ในขณะที่หลอดไฟเป็นลวดทังสเตนเศษเล็ก ๆ ขดลวดดังนั้นความร้อนจะเพิ่มขึ้นอีกมาก)

แม้ว่าสิ่งที่เกี่ยวกับหลอดไฟคือความต้านทานของมันขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ตามปกติแล้วนั่นไม่ใช่ปรากฏการณ์ที่แสดงตัวเองมากเพราะช่วงอุณหภูมิที่เรามักจะจัดการมีขนาดเล็ก แต่ไส้หลอดไฟจะสูงขึ้น 3,000K และในกรณีของทังสเตนความต้านทานจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ ดังนั้นเมื่ออุณหภูมิของไส้หลอดคงตัวหลังจากเชื่อมต่อแบตเตอรี่ - เช่นเดียวกับการเรืองแสงและความต้านทานของมัน - มันทำหน้าที่เหมือนตัวต้านทานที่แข็งแรงพอสมควร ในความเป็นจริงคุณสามารถวัดได้ด้วยตัวเอง: ใช้การตั้งค่าความต้านทานของ DMM วัดความต้านทานข้ามขั้วของหลอดไฟ (DMM ใช้แรงดันไฟฟ้าต่ำมากสำหรับสิ่งนี้และจะไม่เข้าใกล้แสงไฟ) จากนั้นใช้ DMM เพื่อ วัดทั้งแรงดันไฟฟ้าข้ามแล้วกระแสผ่านหลอดเมื่อเชื่อมต่อกับแบตเตอรี่ จากนั้นใช้กฎของโอห์มกับตัวเลขสองตัวเหล่านี้ (V / I = R) และคุณจะได้รับหมายเลขความต้านทานสูงกว่าที่คุณทำเมื่อหลอดไม่สว่าง ในความเป็นจริงความต้านทานของหลอดไฟแบบไม่ส่องสว่างนั้นต่ำมากจนคุณภาพของการติดต่อระหว่างหัววัด DMM ของคุณกับขั้วของหลอดไฟมีความสำคัญและคุณอาจต้องดิ้นรนเพื่อให้ได้การอ่านที่เสถียร

อย่างที่คนอื่นกล่าวว่าการลัดวงจรแบตเตอรี่ขนาดเล็กไม่ได้ทำให้ลวดที่คุณใช้ละลายทันทีเนื่องจากแบตเตอรี่มีความต้านทานภายในที่ค่อนข้างเล็ก คุณสามารถวัดสิ่งที่เกิดจากการอ่านค่า V และฉันด้วยตัวต้านทานขนาดเล็กตัวแรก (พูด 25 โอห์มสำหรับแบตเตอรี่ขนาด 9 โวลต์) จากนั้นค่า V อ่านโดยไม่โหลดแบตเตอรี่ คุณจะทราบว่าแรงดันไฟฟ้าที่คุณวัดด้วยตัวต้านทานมีค่าน้อยกว่าแรงดันไฟฟ้าใกล้วงจรเปิดที่ตัว DMM อ่านเอง ความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้านั้นหารด้วยกระแสที่คุณอ่านด้วยตัวต้านทานที่เชื่อมต่ออยู่นั่นคือความต้านทานภายในที่มีประสิทธิภาพของแบตเตอรี่

ก่อนอื่นคุณต้องปกป้ององค์ประกอบจากกระแสสูง ตัวอย่างเช่นหากคุณเสียบไดโอดกับแบตเตอรี่ขนาด 9 โวลต์กระแสจะทำลายมันหากมีการเชื่อมต่อทางที่ถูกต้อง (A บน +, C บน -) เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาดังกล่าวเราเสียบตัวต้านทาน 600 โอห์มเพื่อใช้แรงดันที่ปลายของมันดังนั้นแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กลง (+ - 3.3 โวลต์สำหรับ LED) จะปรากฏขึ้นที่ปลาย LED

ประการที่สองเราไม่สามารถเลือกแหล่งจ่ายไฟได้เสมอ คุณสามารถพูดว่า "มีตัวแปลงและตัวแปลง IC เป็นอย่างดี" ใช่ แต่มันไม่สามารถใช้งานได้จริงเพราะมันมีราคาสูงกว่าและใช้งานได้ยากขึ้น นอกจากนี้เรายังมีตัวต้านทานแบบไดนามิก (ตัวต้านทานที่เปลี่ยนความต้านทานของพวกเขา - ขออภัยหากนี่ไม่ใช่คำศัพท์ฉันเป็นชาวรัสเซียและเป็นปีที่ 1 ของโรงเรียนมัธยมในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เท่านั้น) ซึ่งมีประโยชน์มากกว่านี้มากเพราะคุณไม่สามารถเปลี่ยนจำนวนม้วนลวดบนตัวแปลง

ตัดสินโดยธรรมชาติของคำถามนี้ฉันเดาว่าคุณเพิ่งจะเข้าสู่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดังนั้นคุณไม่จำเป็นต้องกังวลเกี่ยวกับสิ่งที่ทำ เพิ่งเรียนรู้กำแพง - สิ่งที่สำคัญที่สุดของ Kirchoffs และคุณจะเข้าใจว่างานปัจจุบันและแรงดันไฟฟ้าทำงานอย่างไร ส่วนที่เหลือจะเป็นไปตาม สิ่งอื่น ๆ ที่คุณควรมุ่งเน้นคือการทำความเข้าใจองค์ประกอบ กำแพงมาก่อนองค์ประกอบที่สอง ... เมื่อคุณเรียนรู้ทฤษฎีของคุณคุณจะสามารถทำงานกับ LSIC และทำให้มือสกปรก หรือคุณสามารถเริ่มทำงานกับ Arduino หรืออะไรก็ได้ ฉันมี OSOYO และเป็นสิ่งที่น่าอัศจรรย์ (โพสต์นี้ไม่ได้แบรนด์โดย arduino)

ยังจำสิ่งนี้ได้:

ปัจจุบันเท่ากับแรงดันมากกว่าความต้านทาน

อาจเป็นประโยชน์ในการจัดการกับหน่วยและคะแนน:

• มิลลิแอมป์ - มิลลิแอมป์ชั่วโมง มาตรวัดประจุไฟฟ้า มันไม่ได้พูดอะไรมาก การจัดอันดับของแบตเตอรี่จะมีความหมายเมื่อใช้ร่วมกับแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ซึ่งเป็นการวัดพลังงานที่แบตเตอรี่สามารถจัดเก็บได้ milliampere-hour คือจำนวนประจุที่แสดงโดยกระแสหนึ่ง milliampere หนึ่งชั่วโมงเป็นเวลาหนึ่งชั่วโมง
• เอ - แอมป์ (หรือแอมแปร์) การวัดกระแสไฟฟ้า - อัตราการไหลของประจุ
• V - แรงดันไฟฟ้า นี่คือการวัดศักยภาพ อีกครั้งด้วยตัวเองมันไม่ได้เป็นคุณสมบัติที่สมบูรณ์สำหรับแบตเตอรี่ แต่มันเป็นสิ่งสำคัญ แบตเตอรี่ในอุดมคติจะรักษาแรงดันไฟฟ้าที่ระบุไว้และจ่ายกระแสไฟให้กับวงจรมากหรือน้อยตามความจำเป็นเพื่อรักษาแรงดันไฟฟ้าที่ขั้ว แบตเตอรี่จริงจะมีความต้านทานภายในดังนั้นมันจะมีแรงดันไฟฟ้า "วงจรเปิด" (ไม่โหลด) แรงดันไฟฟ้าจะลดลงเมื่อโหลดเพิ่มขึ้น (จะต้องจ่ายกระแสไฟฟ้าเข้าสู่วงจรมากขึ้น) เมื่อแบตเตอรี่จริงส่วนใหญ่หมดแรงดันไฟฟ้าก็จะลดลงเช่นกัน ความสัมพันธ์ระหว่างสถานะประจุและแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดขึ้นอยู่กับการออกแบบและคุณสมบัติทางเคมีของแบตเตอรี่ กระแสไฟฟ้าลัดวงจรคือปริมาณกระแสไฟฟ้าที่แบตเตอรี่จะส่งมอบเมื่อถูก จำกัด โดยความต้านทานภายในเท่านั้น
• W - วัตต์ นี่คือการวัดพลังงาน (อัตราการส่งมอบพลังงานในช่วงระยะเวลาหนึ่ง) วัตต์สามารถวัดพลังงานกลหรือไฟฟ้า ไม่ว่าจะด้วยวิธีใดก็เป็นอัตราที่งานเสร็จ ในแง่ไฟฟ้ากำลังคือผลผลิตของแรงดันและกระแส (โวลต์ x แอมป์)
• กิโลวัตต์ - กิโลวัตต์ชั่วโมง นี่คือการวัดพลังงาน กิโลวัตต์ - ชั่วโมงแสดงถึงหนึ่งพันวัตต์ของกำลังงานที่ส่งมอบเป็นเวลาหนึ่งชั่วโมงหรือ 1 วัตต์ของกำลังงานที่ส่งมอบสำหรับหนึ่งพันชั่วโมง, 10 วัตต์เป็นเวลา 100 ชั่วโมง ฯลฯ (วัตต์ x ชั่วโมง)
• โอห์ม- ความต้านทาน ตัวต้านทานในอุดมคติจะแสดงความสัมพันธ์ตามสัดส่วนระหว่างกระแสที่ไหลผ่านและแรงดันที่ใช้กับขั้วของมัน เพิ่มแรงดันเป็นสองเท่าและคุณเพิ่มกระแสเป็นสองเท่า (หรือกลับกัน) ความสัมพันธ์นี้สามารถมองได้ว่าเป็นการกระทำด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งจากสองวิธี: หากคุณใช้แรงดันไฟฟ้าที่เฉพาะเจาะจงกับตัวต้านทานมันจะผ่านกระแสไฟฟ้าตามจำนวนที่กำหนด หากคุณบังคับกระแสจำนวนเฉพาะผ่านตัวต้านทานมันจะสร้างแรงดันตกที่กำหนด ไม่ว่าจะด้วยวิธีใดค่าของความต้านทานจะสร้างความสัมพันธ์คงที่ระหว่างแรงดันไฟฟ้าข้ามขั้วและกระแสไฟฟ้าผ่านมัน เมื่อคุณวิเคราะห์วงจรคุณสามารถใช้วิธีนี้เพื่อแก้ค่าใดค่าหนึ่งในสามค่าใด ๆ (กระแสแรงดันและความต้านทาน) หากคุณรู้ค่าอีกสองค่า Ohms = Volts / Amps หรือ, Amps = Volts / Ohms หรือ, Volts = Amps x Ohms ตัวต้านทานที่แท้จริงมีการจัดอันดับเพิ่มเติม: วัตต์ - นี่คือปริมาณพลังงานที่ตัวต้านทานสามารถกระจายได้โดยไม่ทำลายตัวเอง หากคุณใช้โวลต์หนึ่งตัวต่อ 1 โอห์มตัวต้านทานกระแสไฟฟ้า 1 แอมป์จะไหลผ่านมันและมันจะกระจายพลังงาน 1 วัตต์ให้เป็นความร้อน ถ้าคุณเพิ่มแรงดันเป็นสองเท่าคุณจะเพิ่มกระแสเป็นสองเท่า แต่ตอนนี้ตัวต้านทาน 1 โอห์มจะกระจายพลังงาน 2V x 2A = 4W เป็นพลังงาน หากไม่ได้รับการจัดอันดับสำหรับสิ่งนี้หรือการออกแบบทางกายภาพไม่อนุญาตให้มีการกำจัดความร้อนนี้มันจะร้อนจัดไหม้และอาจก่อให้เกิดไฟไหม้ แต่ตอนนี้ตัวต้านทาน 1 โอห์มจะกระจายพลังงาน 2V x 2A = 4W เป็นพลังงานความร้อน หากไม่ได้รับการจัดอันดับสำหรับสิ่งนี้หรือการออกแบบทางกายภาพไม่อนุญาตให้มีการกำจัดความร้อนนี้มันจะร้อนจัดไหม้และอาจก่อให้เกิดไฟไหม้ แต่ตอนนี้ตัวต้านทาน 1 โอห์มจะกระจายพลังงาน 2V x 2A = 4W เป็นพลังงานความร้อน หากไม่ได้รับการจัดอันดับสำหรับสิ่งนี้หรือการออกแบบทางกายภาพไม่อนุญาตให้มีการกำจัดความร้อนนี้มันจะร้อนจัดไหม้และอาจก่อให้เกิดไฟไหม้

เมื่อคุณวิเคราะห์วงจรคุณจะมี "รู้จัก" และ "ไม่รู้จัก" ตัวอย่างเช่นคุณอาจทราบถึงแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่และความต้านทานของโหลดที่จ่าย ระบุว่าคุณสามารถคำนวณกระแสที่วงจรจะวาด ในวงจรที่ซับซ้อนคุณอาจมีค่าความต้านทานจำนวนมากและอุปกรณ์เช่น LED หรือทรานซิสเตอร์ซึ่งจะมีคุณสมบัติบางอย่าง:

• ไดโอดมีลักษณะแรงดันไปข้างหน้า - พวกเขาจะรักษาประมาณแรงดันไฟฟ้าเดียวกันในช่วงกว้างของกระแส ไดโอดจริงจะมีลักษณะเป็นเส้นโค้งที่ไม่ใช่เชิงเส้นที่เกี่ยวข้องกับกระแสไฟฟ้าไปข้างหน้ากับแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้า ในช่วงการใช้งานตามปกติโค้งมีความลาดตื้นเช่นนั้นสำหรับจุดประสงค์ส่วนใหญ่ถือว่าเป็นแบน (แรงดันคงที่) เพื่อให้เข้าใจว่าทำไมสิ่งนี้ถึงเกิดขึ้นคุณต้องอ่านข้อมูลเกี่ยวกับไดโอดสารกึ่งตัวนำ
• ทรานซิสเตอร์แบบแยกมีลักษณะแรงดันเบส - อิมิตเตอร์ - เช่นไดโอดแรงดันไปข้างหน้า, แรงดันอิมิเตอร์ - เบสยังคงใกล้เคียงกับช่วงกระแสกว้าง มันก็มีเส้นโค้งที่ไม่เป็นเชิงเส้นที่เกี่ยวข้องกับแรงดันและกระแสและดูคล้ายกับไดโอด อีกครั้งที่จะเข้าใจคุณสมบัติเหล่านี้คุณจะต้องอ่านข้อมูลเกี่ยวกับทรานซิสเตอร์

คุณสามารถใช้คุณสมบัติเหล่านี้ในการทำงานผ่านวงจรเพื่อคำนวณกระแสผ่านเส้นทางที่คุณรู้ว่าแรงดันไฟฟ้า, แรงดันไฟฟ้าที่โหนดที่คุณรู้ว่ากระแสผ่านเส้นทางที่แน่นอนและความต้านทานเทียบเท่าที่คุณมีตัวต้านทานเชื่อมต่อกัน นี่เป็นสิ่งสำคัญเนื่องจากกระแสและแรงดันไฟฟ้าเป็นตัวกำหนดปริมาณการใช้พลังงาน (หรือการกระจาย) ซึ่งจะบอกคุณว่าวงจรทำงานได้หรือไม่จำเป็นต้องเลือกองค์ประกอบของการให้คะแนนและจะต้องจัดหาพลังงานเท่าใด

ตอนนี้ ... ทำไมเราต้องมีตัวต้านทานแบบอนุกรมพร้อม LED ของเรา

สมมติว่าเรามีแหล่งจ่ายไฟ 5V และ LED ที่สเปคคือ 3.2V และ 20mA ซึ่งหมายความว่า LED จะทำงานที่แรงดันไปข้างหน้าของ 3.2V และควรขับเคลื่อนด้วยกระแสประมาณ 20mA; น้อยลงและมันจะไม่ให้แสงสว่างมากที่สุดเท่าที่สเป็คให้มากขึ้นและสว่างขึ้นวิ่งให้อุ่นขึ้นและอาจมีชีวิตที่สั้นลง

หากเราเชื่อมต่อ LED โดยไม่มีตัวต้านทานแหล่งจ่ายไฟจะพยายามขับกระแสให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้เพื่อรักษา 5V LED จะผ่านกระแสจำนวนมากก่อนที่แรงดันไฟฟ้าข้ามเทอร์มินัลจะสูงถึง 5V ในทุกโอกาสแหล่งจ่ายไฟจะถึงขีด จำกัด ปัจจุบันและปล่อยให้แรงดันไฟฟ้าตก แต่ ณ จุดนี้กระแสไฟฟ้ามากเกินไปจะไหลผ่าน LED และมันจะปล่อยแสงจ้าและขึ้นไปในควันไฟ

ดังนั้น ... เราต้องการ จำกัด กระแส LED ให้อยู่ที่ประมาณ 20mA ในขณะที่แรงดันไฟฟ้าที่แหล่งจ่ายไฟยังคงเป็น 5V และแรงดันไฟฟ้าข้าม LED คือ 3.2V เราต้องการตัวต้านทานแบบอนุกรมที่จะผ่านกระแสประมาณ 20mA (0.02A) ของกระแสที่ 1.8V (1.8 + 3.2 = 5) ดังนั้นเราจึงคำนวณ 1.8V / .02A = 90 โอห์ม เราสามารถเลือกตัวต้านทานมาตรฐาน 82 โอห์มสำหรับเรื่องนี้ 1.8V / 82 Ohms = 21.9mA ข้อมูลจำเพาะด้านบนเล็กน้อย แต่ส่วนต่าง 10% ไม่ควรเป็นปัญหา โปรดจำไว้ว่าอุปกรณ์จริงไม่สามารถสันนิษฐานได้ว่ามีคุณสมบัติที่กำหนดอย่างแม่นยำ ตัวต้านทานอาจจะมากกว่าหรือน้อยกว่า spec ที่ต้องการเพียงเล็กน้อยและ LED อาจทำงานที่แรงดันไฟฟ้าสูงกว่าหรือต่ำกว่า spec เล็กน้อยเล็กน้อย เราออกแบบสำหรับกรณีเล็กน้อยที่รู้ว่าประสิทธิภาพที่แท้จริงของวงจรของเราอาจแตกต่างกันเล็กน้อย

ดังนั้น ... พวกเราทำอะไรที่นี่? เราได้ใช้ตัวต้านทานเพื่อปรับสิ่งที่เกิดขึ้นในวงจรของเราเพื่อให้เราสามารถใช้แหล่งจ่ายไฟที่เรามีอยู่และใช้งาน LED ภายในข้อกำหนดของมัน

เราสามารถทำอะไรกับตัวต้านทานได้บ้าง?

การใช้ตัวต้านทานทั่วไปเพื่อปรับแรงดันไฟฟ้าหรือ จำกัด กระแสปัจจุบัน ตัวอย่างเช่นคุณมีแหล่งจ่ายไฟ 5V และต้องการการอ้างอิง 3V เลือกตัวต้านทานสองตัวจากช่องเก็บชิ้นส่วนของเรา: 330 โอห์มและ 220 โอห์มและเชื่อมต่อเป็นอนุกรม: 220 ระหว่างสาย 5V และเอาต์พุตอ้างอิงของเราและ 330 ระหว่างเอาต์พุตอ้างอิงและ 0V จะมีกระแสคงที่ผ่านตัวต้านทาน 5V / 550 โอห์ม = ~ 10mA เหล่านี้ แต่เราจะเห็นแรงดัน 3V ที่เทอร์มินัลอ้างอิงของเรา สิ่งเหล่านี้มักใช้ในการออกแบบวงจรเช่นแอมป์ที่เราต้องสร้างแรงดันไฟฟ้าที่เฉพาะเจาะจง, เศษส่วนของแรงดันไฟฟ้าอื่น ๆ และอื่น ๆ

เราสามารถใช้ตัวต้านทานเพื่อกำหนดค่าคงที่ของเวลา หากคุณเชื่อมต่อตัวต้านทานและตัวเก็บประจุเป็นอนุกรมกระแสจะไหลเข้าสู่ตัวเก็บประจุเป็นครั้งแรก กระแสเริ่มต้นนี้จะถูกกำหนดโดยแรงดันวงจรและค่าความต้านทาน แต่ตัวเก็บประจุจะชาร์จ มันจะสร้างแรงดันไฟฟ้าข้ามขั้วของมัน สิ่งนี้จะช่วยลดแรงดันไฟฟ้าข้ามขั้วของตัวต้านทานลดกระแสไฟฟ้าผ่านมัน สิ่งนี้จะลดอัตราที่ตัวเก็บประจุชาร์จลดอัตราการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าและอื่น ๆ ในที่สุดตัวเก็บประจุจะบรรลุแรงดันไฟฟ้าวงจรแรงดันไฟฟ้าข้ามและกระแสผ่านตัวต้านทานจะเป็นศูนย์ ค่าความต้านทานและค่าความจุจะเป็นตัวกำหนดเวลาที่ตัวเก็บประจุจะประจุไปยังส่วนของแรงดันวงจร ปริมาณที่เรียกว่าเวลาคงที่คือเวลาที่แรงดันตัวเก็บประจุเพื่อประจุประมาณ 63% ของแรงดันวงจร ใช้สำหรับออกแบบวงจรเช่นออสซิลเลเตอร์และฟิลเตอร์

มีตัวต้านทานและใช้เพื่อ จำกัด 'อินฟินิตี้' เสมือน ในแง่ที่ว่าไม่มีตัวต้านทานส่วนประกอบจะถูกเผาไหม้หรือฟิวส์จะระเบิดหรือวงจรจะไม่ทำงานตามที่คาดไว้

ตัวอย่างที่น้อยที่สุดคือ 'อคติ' วงจรกับแรงดันไฟฟ้าที่เฉพาะเจาะจงร่วมกับตัวต้านทานหรือซีเนอร์ไดโอดอื่น ๆ พวกเขายัง จำกัด กระแส 'การไหลเข้า' ให้กับแหล่งจ่ายไฟจึงยืดอายุของสวิตช์ไฟ

เนื่องจากแรงดันตกคร่อมตัวต้านทานที่มีกระแสไหลผ่านจึงทำให้เซ็นเซอร์กระแสดีและแม่นยำ

ยิ่งไปกว่านั้นเหตุผลที่แปลกใหม่ก็คือการหยุดยั้งกาฝากหรือคลื่นสะท้อนในสายส่ง RF MOSFET มักจะมีตัวต้านทานที่ประตูของพวกเขาเพื่อป้องกันไม่ให้เสียงเรียกเข้าและเกินขนาดที่ท่อระบายน้ำเนื่องจากขอบที่เพิ่มขึ้น / ลดลงคมชัด

เมื่อรวมกับตัวเก็บประจุพวกมันจะสร้าง 'เวลาคงที่' เพื่อใช้เป็นตัวกรองหรือความล่าช้า สิ่งนี้สามารถใช้สำหรับการจูนความถี่หรือหากการทำงานที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นเป็นตัวกรองระลอกในแหล่งจ่ายไฟ

เพื่อบอกว่าพวกเขา จำกัด เสียง 'อินฟินิตี้' ที่น่าเบื่อ แต่เราจะไม่มีเทคโนโลยีหากไม่มีพวกเขา แม้แต่รุ่น 'T' ฟอร์ดก็มีธนาคารตัวต้านทานขนาดใหญ่เพื่อเลือกกระแสไฟชาร์จที่เหมาะสมสำหรับแบตเตอรี่ มันไม่ใช่ความแม่นยำในการชาร์จที่เรามีอยู่ทุกวันนี้ แต่โซลูชัน 'เพียงแค่รับโดย' ก็ดีพอแล้วในตอนนั้น

ดูเหมือนคุณจะไม่เข้าใจว่ากระแสไหลและความสัมพันธ์กับแรงดัน หากคุณเข้าใจความสัมพันธ์นี้คุณสามารถตอบทุกคำถามได้อย่างง่ายดาย

อิเล็กตรอนต้องการย้ายจากที่ที่มีแรงดันสูงไปยังที่ที่มีแรงดันต่ำอย่างเร็วที่สุดเท่าที่จะทำได้เช่นจากปลายด้านหนึ่งไปยังอีกด้านหนึ่งของแบตเตอรี่ หากปลายทั้งสองของแบตเตอรี่เชื่อมต่อกันโดยตรงด้วยลวดอิเลคตรอนจะกระโดดอย่างรวดเร็วอย่างไม่น่าเชื่อไปยังจุดสิ้นสุดแรงดันไฟฟ้าต่ำอย่างไม่น่าเชื่อเพราะไม่มีอะไรทำให้ช้าลง

ตัวต้านทานจะชะลอความเร็วของอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ผ่านวงจร หากไม่มีตัวต้านทานแบตเตอรี่จะหมดทันที