แรงดันไฟฟ้าคืออะไร?


71

เป็นคำถามแปลก ๆ แต่มันคืออะไร ครูฟิสิกส์ของฉันบอกว่ามันเป็นเหมือน "การผลัก" ที่ผลักอิเล็กตรอนไปรอบ ๆ ฉันขอคำอธิบายที่ซับซ้อนกว่านี้ได้ไหม? ความช่วยเหลือใด ๆ ที่ชื่นชมมาก

คำตอบ:


86

คุณครูของคุณพูดถูก

กระแสไฟฟ้าคือประจุไฟฟ้า (โดยทั่วไปคืออิเลกตรอน) เคลื่อนไหว พวกเขาไม่ได้ทำด้วยตัวเองโดยไม่มีเหตุผลไม่มีอะไรมากไปกว่ารถเข็นช็อปปิ้งที่เคลื่อนผ่านพื้นของร้านค้าด้วยตัวเอง ในฟิสิกส์เราเรียกแรงที่ผลักประจุพลังงานไฟฟ้าหรือ "EMF" มันมักจะแสดงออกเป็นหน่วยโวลต์ดังนั้นเรามักจะใช้ทางลัดเล็กน้อยและพูดว่า "แรงดัน" เป็นส่วนใหญ่ ในทางเทคนิค EMF คือปริมาณทางกายภาพและโวลต์เป็นหนึ่งหน่วยที่สามารถหาปริมาณได้

EMF สามารถสร้างได้หลายวิธี:

  1. แม่เหล็กไฟฟ้า เมื่อตัวนำ (เช่นสาย) ถูกย้ายไปด้านข้างผ่านสนามแม่เหล็กจะมีแรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้นตามความยาวของเส้นลวด เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเช่นในโรงไฟฟ้าและเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับในรถของคุณทำงานบนหลักการนี้

  2. ไฟฟ้า ปฏิกิริยาทางเคมีอาจทำให้เกิดความต่างศักย์ แบตเตอรี่ทำงานบนหลักการนี้

  3. ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ การชนโฟตอนในไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ในสถานที่ที่เหมาะสมและคุณจะได้รับแรงดันไฟฟ้า นี่คือการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์

  4. ไฟฟ้าสถิต. ถูวัสดุที่เหมาะสมสองชนิดเข้าด้วยกันและทำให้อิเล็กตรอนหลุดอีกอันหนึ่ง สองวัสดุที่แสดงปรากฏการณ์นี้ได้ดีคือหวีพลาสติกและแมว นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อคุณสับเปลี่ยนข้ามพรมชนิดที่ถูกต้องจากนั้นรับกำลังใจเมื่อคุณสัมผัสวัตถุที่เป็นโลหะ ถูลูกโป่งกับเสื้อของคุณทำสิ่งนี้ซึ่งทำให้บอลลูน "ติด" กับสิ่งอื่น ในกรณีนั้น EMF จะไม่สามารถเคลื่อนอิเล็กตรอนไปได้ แต่มันก็ยังคงดึงพวกมันอยู่ซึ่งจะเป็นการดึงเอาท์พุตของเอาท์พุตที่ติดอยู่

    เอฟเฟกต์นี้สามารถปรับขนาดให้สูงขึ้นเพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันและเป็นพื้นฐานสำหรับการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า Van de Graaff

  5. เทอร์โมไฟฟ้า การไล่ระดับอุณหภูมิตามตัวนำส่วนใหญ่ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้า สิ่งนี้เรียกว่าเอฟเฟกต์ Siebeck น่าเสียดายที่คุณไม่สามารถควบคุมได้เพราะใช้แรงดันไฟฟ้านี้ในที่สุดก็มีวงปิด แรงดันไฟฟ้าใด ๆ ที่เกิดจากอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นในส่วนของลูปจะถูกชดเชยด้วยการลดอุณหภูมิในส่วนอื่นของลูป เคล็ดลับคือการใช้วัสดุที่แตกต่างกันสองชนิดที่แสดงแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันซึ่งเป็นผลมาจากการไล่ระดับอุณหภูมิเดียวกัน (ค่าสัมประสิทธิ์ Siebeck ที่แตกต่างกัน) ใช้วัสดุหนึ่งที่ออกไปแหล่งความร้อนและกลับมาที่แตกต่างกันและคุณจะได้รับแรงดันไฟฟ้าสุทธิที่คุณสามารถใช้ที่อุณหภูมิเดียวกัน

    แรงดันไฟฟ้ารวมที่คุณได้รับจากด้านหลังและด้านหลังถึงแม้จะมีความแตกต่างของอุณหภูมิสูง แต่ก็ค่อนข้างเล็ก ด้วยการรวมกันหลาย ๆ อย่างเข้าด้วยกันคุณจะได้รับแรงดันไฟฟ้าที่มีประโยชน์ เดี่ยวและกลับเรียกว่าเทอร์โมคัปเปิลและสามารถใช้ในการรับรู้อุณหภูมิ หลายตัวรวมกันเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมคับเปิล ใช่มันมีอยู่จริง มียานอวกาศขับเคลื่อนบนหลักการนี้ด้วยแหล่งความร้อนที่มาจากการสลายตัวของไอโซโทปวิทยุ

  6. ความร้อน หากคุณให้ความร้อนสูงพอ (100s of ° C) อิเล็กตรอนบนพื้นผิวจะเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วจนบางครั้งมันก็ลอยออกมา หากพวกเขามีสถานที่เพื่อแผ่นดินที่เย็นกว่า (ดังนั้นพวกเขาจะไม่บินออกจากที่นั่นอีก) คุณมีเครื่องกำเนิดความร้อน เรื่องนี้อาจจะฟังดูไกล แต่ก็มียานอวกาศจากหลักการนี้ด้วยแหล่งความร้อนอีกครั้งเป็นไอโซโทปของวิทยุ

    หลอดอิเล็กตรอนใช้หลักการนี้ในส่วนที่ แทนที่จะให้ความร้อนบางอย่างเพื่อให้อิเล็กตรอนลอยไปด้วยตัวเองคุณสามารถทำให้ร้อนถึงจุดนั้นเพื่อให้พวกมันบินไปเมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าเพิ่มเล็กน้อย นี่คือพื้นฐานของไดโอดหลอดสุญญากาศและสำคัญกับหลอดสุญญากาศส่วนใหญ่ นี่คือสาเหตุที่หลอดเหล่านี้มีตัวทำความร้อนและคุณสามารถเห็นพวกมันเรืองแสงได้ ต้องใช้อุณหภูมิที่เร่าร้อนเพื่อไปยังจุดที่มีผลกระทบทางความร้อนอย่างมีนัยสำคัญ

  7. Piezo ไฟฟ้า วัสดุบางอย่าง (เช่นคริสตัลควอตซ์) สร้างแรงดันเมื่อคุณบีบมัน ไมโครโฟนบางตัวทำงานบนหลักการนี้ คลื่นความดันที่แตกต่างกันในอากาศที่เราเรียกว่าเสียง squish และสควอชคริสตัลควอทซ์สลับกันซึ่งทำให้มันเกิดคลื่นแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กเป็นผล เราสามารถขยายสัญญาณเหล่านี้เพื่อสร้างสัญญาณที่คุณสามารถบันทึกขับลำโพงด้วยดังนั้นคุณจะได้ยินเสียง ฯลฯ

    หลักการนี้ยังใช้ในการจุดไฟย่างบาร์บีคิวจำนวนมาก กลไกสปริงดึงผลึกควอทซ์ค่อนข้างแข็งเพื่อให้มีแรงดันเพียงพอที่จะทำให้เกิดประกายไฟ


1
ขอบคุณทุกท่านสำหรับคำตอบที่ยอดเยี่ยมจริงๆ! มันสมเหตุสมผลอย่างสมบูรณ์ในขณะนี้ นี่เป็นเพียงคำถามที่สองของฉันในเว็บไซต์นี้และแม้ว่าฉันจะมีประสบการณ์มากมายกับ stackoverflow.com แต่เว็บไซต์นี้ใหม่มาก ขอขอบคุณทุกคนอีกครั้งสำหรับความช่วยเหลือทั้งหมดของคุณ :)
imulsion

1
ตอบแลงตามปกติแล้วจะสมบูรณ์มาก แต่อาจพลาดบางกรณีพิเศษ ในอะตอมอิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ โดยไม่มีแรงเคลื่อนไฟฟ้า สิ่งนี้สามารถทำให้สนามแม่เหล็กเป็นอะตอมได้
russ_hensel

4
นี่เป็นภาพเล็ก ๆที่มีประโยชน์ในการรับแนวคิดพื้นฐานเกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้ากระแสและความต้านทาน
James Mertz

@Kronos ด้วยเหตุผลบางอย่างที่ภาพไม่แสดง
imulsion

1
@ อิมัลชันทำงานได้ดีสำหรับฉัน
James Mertz

30

การใช้ของไหลแบบแอนะล็อกแรงดันคือความดันกระแสคืออัตราการไหล


8
การเปรียบเทียบของเหลวนั้นดีมาก ลองนึกภาพลวดเป็นท่อ (ที่ไม่รั่วไหล) ลองนึกภาพตัวเก็บประจุเป็นเมมเบรนถ่างที่ครอบคลุมท่ออย่างสมบูรณ์ ตัวต้านทานเป็นท่อในท่อแคบ ตัวเหนี่ยวนำเป็นมู่เล่ขนาดใหญ่ที่ขัดขวางการไหลของน้ำจนกระทั่งมันหมุนตัวและช่วยในภายหลัง ในทันใด, มันง่ายที่จะเห็นสิ่งที่อาจเกิดขึ้นในเซ็ตอัพ เช่นเดียวกับความจริงที่ว่าตัวเก็บประจุยอมให้น้ำไหลได้เท่านั้นจนกว่าเมมเบรนจะถูกยืดมากพอที่จะต้านแรงดัน ณ จุดที่การไหลถูกปิดกั้น
Roman Starkov

1
เพื่อเพิ่มความคล้ายคลึงถ้าคุณมีหัวฉีดสเปรย์ที่ปลายท่อและปิดความดันที่ปลายจะเหมือนกันที่เดือย (ไม่มีกระแสดังนั้นจึงไม่มีการสูญเสียแรงดันไฟฟ้า) ท่อมีความต้านทานบางอย่างดังนั้นถ้าคุณถอดหัวฉีดออกคุณจะได้รับกระแสมาก แต่ความดันลดลงต่ำมาก ปล่อยให้หัวฉีด จำกัด การไหลของกระแสและแรงดันสูงกว่าทำให้คุณฉีดพ่นได้ไกล แรงดันสูงกว่าที่ต้นทาง (แรงดันไฟฟ้า) หรือท่อที่กว้างขึ้น (ความต้านทานน้อยกว่า) ให้คุณพกพาน้ำปริมาณมากขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป (กระแส)
psusi

@ RomanStarkov ฉันคิดว่าคำอธิบายของคุณควรจะอยู่ในหนังสือฟิสิกส์ / แม่เหล็กไฟฟ้าเบื้องต้นทุกเล่ม
Apoorv Potnis

ยิ่งไปกว่านั้น - จาก "การเปรียบเทียบของเหลว" นี้เป็นที่ชัดเจนว่ากระแสไฟฟ้าขนาดเล็ก (เช่นกระแสฐาน) ไม่สามารถควบคุมได้โดยตรง (คัดท้าย) การบินของกระแสที่มีขนาดใหญ่กว่า ดังนั้น BJT ไม่ใช่อุปกรณ์ควบคุมกระแสไฟฟ้า (สามารถอ่านได้ในหนังสือบางเล่ม) มันค่อนข้างจะเป็นอุปกรณ์ควบคุมแรงดันไฟฟ้า - อธิบายโดยพารามิเตอร์ transconductance gm = d (Ic) / d (Vbe)
LvW

11

"แรงดันไฟฟ้า" เป็นปริมาณที่ได้รับ มันยากที่จะเข้าใจความหมายทางกายภาพของมันโดยไม่เข้าใจปริมาณที่ได้มา

ทุกอย่างเริ่มต้นด้วยแรงระหว่างประจุสองจุด ให้ค่าใช้จ่ายของจุดและจะและ q_2ให้ระยะห่างระหว่างพวกเขาจะเป็นRทฤษฎีพื้นฐานบอกว่าแรงระหว่างประจุทั้งสองนี้จะเป็นสัดส่วนกับปริมาณประจุและสัดส่วนแปรผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างประจุ นั่นคือ:P1P2q1q2r

F=kq1q2r2

ให้สถานที่และค่าใช้จ่ายของได้รับการแก้ไข ตอนนี้มีผลบังคับใช้จะขึ้นอยู่กับสถานที่และค่าใช้จ่ายของP_2ดังนั้นเราจึงกำหนดเขตเวกเตอร์ที่เรียกว่า "สนามไฟฟ้าสถิต" ทิศทางของสนามเวกเตอร์จะเหมือนกันกับทิศทางของสนามของแรงระหว่างถึงเมื่อเป็นหน่วยประจุบวก และขนาดของสนามคือแรงต่อประจุเมื่อเป็นประจุบวกหน่วย นั่นคือ:P1P2P1P2q2q1q2

E¯=limq10F¯q1(q2 is unit positive charge)

เราใช้วิธีเป็นศูนย์เพื่อละเลยผลแม่เหล็กไฟฟ้าอื่น ๆ อย่าปล่อยให้มันสับสนคุณมาก มันเป็นเหมือน "ออร่าที่สามารถสร้างแรงได้ต่อประจุไฟฟ้า" ทิศทางของมันจะเหมือนกันกับทิศทางของแรงที่สร้างขึ้นและขนาดของมันจะแปรผันตามขนาดของแรงq1

ตอนนี้เรามาเพื่อดูว่าปริมาณเหล่านี้ที่เรากำหนดนั้นคล้ายกับปริมาณทางกายภาพอื่น ๆ ที่เรารู้ ตัวอย่างเช่นแรงด้านบนนั้นคล้ายกับแรงระหว่างโลกกับวัตถุอวกาศอย่างดวงจันทร์ และฟิลด์นั้นคล้ายกับสนามโน้มถ่วงของโลกมากE¯

จากนั้นความคิดในการนิยามศักย์ไฟฟ้าเกิดขึ้นซึ่งคล้ายกับศักยภาพของวัตถุอวกาศที่เกี่ยวกับโลก ศักยภาพของจุดหนึ่งในอวกาศรอบโลกคือพลังงานต่อหน่วยมวลเพื่อนำวัตถุ (ซึ่งมีหน่วยมวล) จากอนันต์มาถึงจุดนั้น เมื่อเรากำหนดใน Electrostatics ศักยภาพของจุดจะกลายเป็น:P2

V2=P2E¯d¯

จากนั้นความแตกต่างที่เป็นไปได้ระหว่างสองจุดอิสระ (และ ) ในช่องว่างภายในฟิลด์ (เกิดจาก ) คือ:P2P3E¯q1

V2V3=(P2E¯d¯)(P3E¯d¯)=P3P2E¯d¯

โปรดสังเกตว่าสนามไฟฟ้าปราศจากขดซึ่งหมายความว่ามันสามารถแสดงเป็นลาดของสนามเซนต์คิตส์และเนวิส ( ) อินทิกรัลบรรทัดเหล่านี้ไม่ขึ้นกับเส้นทางE¯=¯V

นี่คือนิยามของสนามที่มีศักยภาพ จุดหนึ่งจะมีศักยภาพเสมอแม้ว่าจะไม่มีประจุก็ตาม คิดว่ามันเป็น "พลังงานที่จำเป็นในการนำหน่วยประจุไปที่นั่นจากอนันต์" ความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างสองจุดนั้นคล้ายคลึงกัน มันเป็นพลังงานที่จำเป็นต่อการชาร์จประจุหน่วยจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง หรือคิดว่ามันเป็นตัวอย่างที่เป็นรูปธรรมมากขึ้นเช่นสำหรับวัตถุท้องฟ้า ความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างความสูง 100 กม. และความสูง 200km เหนือพื้นผิวโลกนั้นไม่ได้เป็นอะไรนอกจากความแตกต่างของพลังงานที่อาจเกิดขึ้นระหว่างวัตถุ 1 กิโลกรัมสองตัวที่ความสูงที่กำหนด

เมื่อเราเข้าสู่โลกแห่งความเป็นจริงศักยภาพของจุดหนึ่งคือศักยภาพส่วนบุคคลบางอย่างที่เกิดจากข้อกล่าวหารอบ ๆ (ใช้ทฤษฎีการซ้อนทับ)


10

แรงดันไฟฟ้าจะปรากฏขึ้นเมื่อใดก็ตามที่มีความไม่สมดุลของประจุไฟฟ้า (เช่นอิเล็กตรอน) เนื่องจากประจุเหมือนกันผลักกันและประจุตรงข้ามดึงดูดการสะสมของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าทำให้เกิดแรงกันบ้าง หากมีความไม่สมดุลของค่าลบเป็นค่าบวกจะมี "ความดัน" หรือ "ความดัน" เกิดขึ้น ในการนำวัสดุอิเล็กตรอนมีอิสระที่จะไหลผ่านวัสดุเมื่อเทียบกับการแก้ไขในอะตอมและจะไหลไปยังจุดที่ "แรงดัน" น้อยที่สุด

ข้อควรพิจารณาที่ซับซ้อนบางประการ:

  • ไฟฟ้าและเคมีมีการเชื่อมต่ออย่างใกล้ชิด ในแบตเตอรี่ตัวอย่างเช่นความไม่สมดุลของสารเคมีจะสร้างความไม่สมดุลของไฟฟ้า (แรงดันไฟฟ้า) ข้ามขั้วโดยการบังคับอนุภาคที่มีประจุไปยังอีกด้านหนึ่ง เคมีก็มีผลต่อสภาวะทางไฟฟ้าด้วยวิธีอื่น
  • กระแส (I) คือการไหลของอิเล็กตรอนอย่างไรก็ตามอิเล็กตรอน (เนื่องจากเป็นลบ) ไหลในทิศทางตรงกันข้ามของ "กระแส" กระแสคือการไหลของแนวคิดของประจุบวกแม้ว่าการไหลที่เกิดขึ้นจริงนั้นจะเป็นลบ แต่ไปในทิศทางอื่น สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่า "การกด" เชิงลบนั้นเหมือนกันกับ "การดึง" เชิงบวก

1
นี่เป็นคำตอบเดียวที่ตอบคำถาม ในขณะที่คนอื่นพูดเกี่ยวกับวิธีการสร้างแรงดันหรือสิ่งที่มันจะตอบสนองแรงดันไฟฟ้าคืออะไร
Rob

@Craig เช่นเดียวกับคำตอบอื่น ๆ คำตอบของคุณไม่มีอะไรเกี่ยวข้องกับคำถามหรือคำตอบของฉันซึ่งเกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้าไม่ใช่กระแสจากปีที่แล้ว
Rob

@ Craig ฉันเกรงว่าคุณเข้าใจผิดเกี่ยวกับเส้นผมที่คุณพยายามแยก :-) ในขณะที่มีความแตกต่างที่สำคัญระหว่างความเร็วลอยของอิเล็กตรอนในตัวนำและความเร็วที่คลื่นไฟฟ้าแพร่กระจายความจริงก็คือว่าคุณไม่สามารถมีแรงดันหรือกระแสไฟฟ้าโดยไม่ย้ายอิเล็กตรอนไปรอบ ๆ การยืนยันว่ากระแสไม่ไหลของอิเล็กตรอนไม่ถูกต้อง
Dave Tweed

@DaveTweed การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ... :-) ฉันสนใจในการทำความเข้าใจปรากฏการณ์ (ไม่ได้พยายามที่จะโต้แย้ง) และฉันก็ไม่ซื้ออาร์กิวเมนต์ที่ว่า "กระแสกำลังเคลื่อนที่อิเล็กตรอน" ปัจจุบันเป็นประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่เราเห็นด้วยใช่มั้ย แต่ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับอิเล็กตรอนจะไม่ไปที่ใดเลยพวกมันเรียงตัวกันอยู่ในตำแหน่ง (เพราะทิศทางของกระแสไฟฟ้าสลับไปที่ 50 หรือ 60 ครั้ง / วินาทีและการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนช้า ) ฉันเชื่อว่าพลังงานที่แท้จริงอยู่ในคลื่นอีเอ็มและอิเล็กตรอนจะนำ / นำทางคลื่นนั้น อิเล็กตรอนเองไม่ได้เป็นคลื่นพลังงาน ...
เครก

@ Craig มีสองปริมาณที่สามารถเรียกได้ว่า "ความเร็ว" ของกระแสไฟฟ้า: ความเร็วของตัวกลาง (อิเล็กตรอน) ที่คุณชี้ให้เห็นนั้นช้าหรือความเร็วในการแพร่กระจายของการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าซึ่งคุณมองว่าเป็น " ความเร็วที่แท้จริง เช่นเดียวกับคลื่นเสียงที่สามารถรับพลังงานได้เร็วกว่าการเคลื่อนที่ของโมเลกุลอากาศหรือระบบไฮดรอลิกสามารถเคลื่อนย้ายพลังงานได้เร็วกว่าน้ำมันลวดลวดสามารถนำพลังงานได้เร็วกว่าอิเล็กตรอนที่กำลังเคลื่อนที่ แต่เหมือนคลื่นเสียงไม่มีอะไรมากไปกว่าโมเลกุลของอากาศที่เคลื่อนที่และผลักซึ่งกันและกันกระแสไฟฟ้าก็ไม่ได้เป็นอะไรมากไปกว่าอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่และผลักดัน
oyvind

4

คำจำกัดความที่ฉันได้ยินคือ:

แรงดันไฟฟ้ามีศักยภาพ (สำหรับชาร์จ) เพื่อทำงาน

กล่าวอีกนัยหนึ่งแรงดันคือพลังงานที่ให้แก่หน่วยประจุเช่นโดยที่คือพลังงานและมีประจุ EQV=dEdQEQ


4

คำตอบที่รวดเร็วกฎข้อแรกของหัวแม่มือ: แรงดันคือแรงดันไฟฟ้า

แต่การขยายตัวที่: แรงดันไม่เหมือนความดันไม่แน่นอน แต่เป็นแนวคิดทางคณิตศาสตร์ / ฟิสิกส์ที่เรียกว่า "ศักย์" แรงดันไฟฟ้าเป็นเหมือนความสูงในสนามแรงโน้มถ่วงซึ่งอิเล็กตรอนหรือโปรตอนแต่ละก้อนมีลักษณะเหมือนก้อนหิน ระดับความสูงไม่ใช่ความดันหรือน้ำหนักหรือแรง หากก้อนหินอยู่บนยอดเนินเขาก้อนหินในตำแหน่งที่มีศักยภาพสูง ซึ่งหมายความว่าก้อนหินกำลังเก็บพลังงานที่อาจเกิดขึ้น (PE) และจะปล่อยพลังงานนี้เป็นพลังงานจลน์ (KE) หากปล่อยให้เคลื่อนที่ลงเนิน (ย้ายไปยังตำแหน่งที่มีศักยภาพต่ำ) ยกขึ้นเป็นแรงดันเดียวกัน (ระดับความสูง) ก้อนหินขนาดใหญ่ จะมี PE สูงกว่า

แม่นยำยิ่งขึ้น: แรงดันไฟฟ้าเป็นศักย์ไฟฟ้า มันไม่ได้บังคับ (มันไม่เหมือนแรงลงหรือน้ำหนักของก้อนหินและไม่เหมือนกับปริมาณของแรงต่อประจุไฟฟ้าในสนามไฟฟ้า) นอกจากนี้แรงดันไฟฟ้าไม่ใช่พลังงานศักย์เนื่องจากถ้าเราเอาก้อนหินออกไป จากนั้นแรงโน้มถ่วงความสูงและศักยภาพยังคงมีอยู่ ศักยภาพเป็นส่วนหนึ่งของสนามเอง รูปแบบของแรงดันไฟฟ้าสามารถแขวนในพื้นที่ว่างเปล่า

แรงดันไฟฟ้าเป็นวิธีการอธิบาย / แสดงผล / วัดสนามไฟฟ้า

เพื่ออธิบาย e-fields เราสามารถวาดเส้นฟลักซ์ระหว่างประจุไฟฟ้าตรงข้าม หรือเราสามารถวาดรูปแบบของแรงดันไฟฟ้า, พื้นผิว iso-potential, วาดพวกมันตั้งฉากกับเส้นฟลักซ์ ไม่ว่าเราจะเจอเส้นแรงไฟฟ้าที่ไหนเราก็จะหาแรงดัน

แรงดันไฟฟ้าคืออะไร ความเข้าใจผิดทั่วไปคืออะไร นี่เป็นเรื่องใหญ่: "แรงดันไฟฟ้าเป็นพลังงานที่มีศักยภาพ" ไม่ผิด แต่แรงดันไฟฟ้าเป็นแนวคิดทางคณิตศาสตร์ "ศักยภาพ" ซึ่งไม่ใช่พลังงานและพวกเขา "มีศักยภาพที่จะทำอะไรบางอย่าง" นี่คือความเข้าใจผิดอื่น: "แรงดันไฟฟ้าเป็นพลังงานศักย์ต่อการชาร์จหนึ่งหน่วย" ไม่ผิด นั่นเป็นเพียงนิยามทางฟิสิกส์ของหน่วยโวลต์เชื่อมโยงกับหน่วย Joule และ Coulomb อันที่จริงมันไปทางอื่น: ปริมาณพลังงาน (จำนวนงานที่ทำในการเคลื่อนย้ายประจุข้ามความต่างศักย์ไฟฟ้า) นั้นพบได้โดยการคูณประจุด้วยการเปลี่ยนแรงดัน! พลังงานไฟฟ้าถูกกำหนดโดยแรงดันไฟฟ้า! แต่แรงดันเองนั้นไม่ต้องการประจุที่เคลื่อนที่หรือเก็บพลังงานที่อาจเกิดขึ้นเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าเป็นวิธีการอธิบายสนามในพื้นที่ว่างเปล่า ค่าใช้จ่ายในการทดสอบที่ใช้อธิบายแรงดันไฟฟ้าเป็นค่าใช้จ่ายเล็กน้อยที่สุดในจินตนาการ ข้อผิดพลาดอื่น: "แรงดันไฟฟ้าปรากฏบนพื้นผิวของสายไฟ" ผิดแรงดันไฟฟ้าจริงขยายเข้าไปในช่องว่างรอบสาย ครึ่งทางระหว่างขั้วแบตเตอรี่ 9V ของคุณคุณจะพบว่ามีศักยภาพ 4.5V อยู่คนเดียวในพื้นที่ว่าง! แต่โวลต์มิเตอร์ทั่วไปจะไม่ตรวจจับแรงดันไฟฟ้าในอวกาศเนื่องจากต้องใช้โวลต์มิเตอร์ที่มีอนันต์ Z (inp) หรืออย่างน้อยสองร้อยกิกะบิต แรงดันไฟฟ้า 10Meg DMM ปกติจะดึงกระแสไฟออกมาอย่างมีนัยสำคัญจะลัดวงจร e-field ใด ๆ ที่บริสุทธิ์ดังนั้นพวกเขาจะต้องสัมผัสกับพื้นผิวตัวนำเพื่อวัดแรงดันไฟฟ้า จะพบศักยภาพ 4.5V แขวนอยู่คนเดียวในพื้นที่ว่าง! แต่โวลต์มิเตอร์ทั่วไปจะไม่ตรวจจับแรงดันไฟฟ้าในอวกาศเนื่องจากต้องใช้โวลต์มิเตอร์ที่มีอนันต์ Z (inp) หรืออย่างน้อยสองร้อยกิกะบิต แรงดันไฟฟ้า 10Meg DMM ปกติจะดึงกระแสไฟออกมาอย่างมีนัยสำคัญจะลัดวงจร e-field ใด ๆ ที่บริสุทธิ์ดังนั้นพวกเขาจะต้องสัมผัสกับพื้นผิวตัวนำเพื่อวัดแรงดันไฟฟ้า จะพบศักยภาพ 4.5V แขวนอยู่คนเดียวในพื้นที่ว่าง! แต่โวลต์มิเตอร์ทั่วไปจะไม่ตรวจจับแรงดันไฟฟ้าในอวกาศเนื่องจากต้องใช้โวลต์มิเตอร์ที่มีอนันต์ Z (inp) หรืออย่างน้อยสองร้อยกิกะบิต แรงดันไฟฟ้า 10Meg DMM ปกติจะดึงกระแสไฟออกมาอย่างมีนัยสำคัญจะลัดวงจร e-field ใด ๆ ที่บริสุทธิ์ดังนั้นพวกเขาจะต้องสัมผัสกับพื้นผิวตัวนำเพื่อวัดแรงดันไฟฟ้า

แรงดันไฟฟ้าคืออะไร? มันเป็นแผ่นเยื่อที่มองไม่เห็นซึ่งเติมเต็มช่องว่างระหว่างแผ่นประจุประจุ แรงดันไฟฟ้าเป็นรูปแบบของศูนย์กลางหัวหอม - เลเยอร์ซึ่งล้อมรอบวัตถุใด ๆ ที่มีประจุด้วยเลเยอร์หัวหอมทำงานในแนวตั้งฉากกับเส้นฟลักซ์ของสนามไฟฟ้า ดังนั้น'กองแรงดันไฟฟ้า - ชั้น'จึงเป็นวิธีหนึ่งในการอธิบายสนามไฟฟ้า อีกวิธีที่คุ้นเคยมากขึ้นคือใช้ 'เส้นแรง'


ในเรื่องของการเปรียบเทียบความดันมันมีประโยชน์ที่จะรับรู้ว่าในขณะที่มีแนวคิดเรื่องแรงดันสัมบูรณ์ (เช่นเดียวกับความดัน) ในหลาย ๆ กรณีมีความหมายมากกว่าที่จะคิดในแง่ของแรงดันไฟฟ้าสัมพัทธ์ ตัวอย่างเช่นอวัยวะท่อทั่วไปอาจถูกกล่าวว่าทำงานด้วยแรงดัน 7 มม. ปรอท ในทางทฤษฎีสามารถใช้บารอมิเตอร์วัดความดันภายในเป็น 764 มม. ปรอทและความดันภายนอกเท่ากับ 757 มม. Hz และสรุปว่าท่อเห็นความแตกต่างของความดัน 7 มม. ปรอท แต่จะง่ายกว่าและแม่นยำกว่าการวัดความแตกต่างของความดัน ระหว่างภายในและภายนอก ด้วยแรงดันไฟฟ้า ...
supercat

... ความแตกต่างระหว่าง "พื้นฐาน" และความต่างศักย์ทั่วไปที่คนจัดการมักจะมีขนาดใหญ่ขึ้น คิดเกี่ยวกับการพยายามวัดความสูงของมนุษย์โดยการวัดระยะทางจากจุดศูนย์กลางของโลกไปยังศีรษะของเขาและจากจุดศูนย์กลางของโลกไปยังด้านล่างของอาหารของเขาและลบออก การวัดแรงดันสัมบูรณ์จะยิ่งแย่กว่านั้น
supercat

ฉันแค่อยากจะขอบคุณพวกคุณทุกคนอีกครั้งสำหรับคำตอบที่น่าทึ่งจริงๆ - ฉันไม่เคยคิดเลยว่าฉันจะได้รับเหรียญเงินสำหรับคำถามง่ายๆเช่นนี้! :)
imulsion

4

ที่จริงแล้วเราทำไม่ได้

แรงไฟฟ้าสถิตนั้นเป็นสัดส่วนกับการไล่ระดับสีที่อาจเกิดขึ้น แต่ไม่ตรงกับศักยภาพ แรงหนึ่งประจุคูลอมบ์เป็นสัดส่วนกับการไล่ระดับสีที่อาจเกิดขึ้น:

F=Q×d[V]dl

ที่จริงแล้ว 1 V หมายถึงถ้าคุณมีพลังงานไฟฟ้า 1 จูลก็จะถูกถ่ายโอนไปเป็นพลังงานเชิงกลที่ประจุ +1 คูลอมบ์ [ดังนั้นมันจะเร่งหรือเพิ่ม 1 / 2mV ^ 2 คูณ 1 J] มันคล้ายกับพลังงานจริงๆ


3

เพิ่มสิ่งที่ Gunnish กล่าวว่า:

แรงดันไฟฟ้าที่จุด A เป็นการวัดงานที่คุณจะใช้จ่ายหากคุณต้องผลักประจุบวกจาก 0V (โดยปกติแล้วจะนิยามว่าห่างไกลจาก A หรือพื้นดิน) ไปที่ A

แรงดันไฟฟ้ามีความสำคัญในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพราะถ้าเราเริ่มต้นด้วยประจุบวก ณ จุด A มันจะสามารถทำงานที่ปริมาณเท่ากับ 0V (เช่นการเปิดไฟ LED ในกระบวนการ)


2

สิ่งที่ผลักดันให้การเลือกตั้งมีความแตกต่างในพลังงานศักย์เช่นเดียวกับที่คุณถูกผลัก / ดึงลงสู่พื้นดินโดยแรงโน้มถ่วง สิ่งนี้สร้างสิ่งที่น่าจะเป็นไปได้สำหรับอิเล็กตรอนที่จะเคลื่อนตัวไปทางอื่นนี่เป็นส่วนหนึ่งที่อธิบายได้ว่าทำไมอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ "แบบสุ่ม" ในสาย

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.